Gebruik van een Multi-compartiment Dynamic enkel enzym Phantom voor Studies van gehyperpolariseerd Magnetic Resonance Agents
April 15th, 2016
Een dynamische multicompartiment-fantoom wordt gebruikt om bepaalde biologie van belang te simuleren voor metabolische studies met behulp van hypergepolariseerde magneetresonantie-agentia.
Het algemene doel van deze procedure is om de omzetting van hypergepolariseerd pyruvaat naar lactaat te meten door middel van magnetische resonantie beeldvorming of MRI in een gecontroleerde fantoomomgeving. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen op het gebied van hypergepolariseerde MRI, zoals de mogelijkheid van een systeem om de chemische omzetting van pyruvaat door middel van magnetische resonantie te detecteren. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat de chemische omzetting van pyruvaat zich vergelijkbaar gedraagt als de stofwisseling in vivo, maar meer controleerbaar en herhaalbaar is dan in levende systemen.
De implicaties van deze techniek reiken tot de diagnose van kanker omdat de verhoogde omzetting van pyruvaat naar lactaat, die bij de meeste kankersoorten voorkomt, wordt gesimuleerd door de fantoomomgeving. Hoewel deze methode inzicht kan geven in kanker, kan deze ook worden toegepast op andere metabole beeldvorming zoals cardiale stofwisseling. Over het algemeen kunnen individuen die nieuw zijn met deze methode worstelen omdat de tijdsbeperkingen die inherent zijn aan hypergepolariseerde media kort zijn.
Visuele demonstratie van deze methode is cruciaal omdat de oplossings- en uitwerpstappen moeilijk te leren zijn omdat ze snel moeten gebeuren en nauwkeurig moeten worden uitgevoerd. Pipetteer in een monstercup voor een dynamisch nucleair polarisatie of DNP-systeem 0,3 microliter van de gadoteridol-oplossing en 13 milligram van de pyrodruivenzuur-oplossing. Roer dit mengsel kort in de monstercup met een pipettentip.
Begin het monsterinvoerproces door op de knop monster invoegen op de DNP-systeemconsole te klikken. Selecteer normaal monster op de monsterwizard en klik op volgende. Houd de monstercup verticaal en plaats de invoerpen voorzichtig over de bovenkant van de monstercup.
Open wanneer gevraagd het DNP-systeem en steek de cup in de variabele temperatuurinvoer met behulp van de invoerpen. Trek aan de zuiger aan het einde van de monsterinvoerpen om het monster in de variabele temperatuurinvoer los te laten. Verwijder de monsterinvoerpen uit het systeem en klik op de volgende knop op de DNP-systeemconsole.
Initieer vervolgens de polarisatie door op de knop monster polariseren op de DNP-systeemconsole te klikken. Typ in de RINMR-software HYPERSENSENMR naar polarisatiebewakingssoftware. Stel de opbouwconfiguratie in op één en druk op enter.
Klik vervolgens op vaste opbouw. Nadat u de locatie en naam van het opslagbestand hebt ingesteld, selecteert u het profiel voor koolstof 13 in het vervolgkeuzemenu op de DNP-systeemconsole. Klik op volgende.
Vink het vakje aan om bemonstering tijdens de opbouw in te schakelen. Stel de monstertijd in op 300 seconden en klik op afronden. Meet tenslotte 3,85 gram van het oplosmiddel uit, hetzij in volume met een vijf milliliter spuit of in gewicht met behulp van een weegschaal.
Plaats de fantoom in het midden van de magneet met gemakkelijke toegang tot de injectielijnen. Zorg ervoor dat er een container is om de vloeistof op te vangen die naar de afvoerlijn zal worden geleid. Bereid het enzymmengsel met hoge activiteit voor door 240 microliter NADH-oplossing, 125 microliter LDH-oplossing en 335 microliter buffer te mengen.
Houd de oplossing in een drie milliliter spuit die aan de injectielijn kan worden bevestigd. Bereid vervolgens het enzymmengsel met lage activiteit voor door 240 microliter NADH-oplossing, 75 microliter LDH-oplossing en 385 microliter buffer samen te mengen. Bewaar dit mengsel in een aparte drie milliliter spuit die aan de injectielijn kan worden bevestigd.
Om de eerste positionering uit te voeren, laadt u een nieuwe localizer-scan. Wiebel de protonenspoel door Acq/Reco te selecteren. Geef weer en open het aanpassingsplatform.
Selecteer op het aanpassingspaneel Wobble Adjust en klik op ppen. Stel de veegbreedte in op tien megahertz en klik op instellen. Na een moment zou de afstemming en matching van de protonenspoel in het verwervingsvenster moeten verschijnen.
Wiebel de koolstofspoel door het spoelelement te wijzigen in 13C of element twee en de veegbreedte in te stellen op vijf megahertz. Na een moment zou de afstemming en matching van de koolstofspoel in het verwervingsvenster moeten verschijnen en als het goed is afgestemd, druk op stop. Om terug te keren naar scanbesturing drukt u op toepassen, vervolgens op terug en ten slotte op doorgaan om de scan te beginnen.
Het is van cruciaal belang dat de scan in deze stap volledig is ingesteld voordat de oplossing begint. Nadat de oplossing is begonnen, mag deze niet worden gestopt en zal er weinig tijd zijn om de sequentieparameters aan te passen voordat het hypergepolariseerde pyruvaat wordt afgeleverd. Laad een nieuwe radio-echo-planaire spectroscopische beeldvormingsscan.
Stel de snededikte in op 30 millimeter om de hele reactiekamer te bedekken. Stel de bedrijfsmodus in op koolstof 13 door het systeemtabblad te selecteren en de bedrijfsmodus te wijzigen in 13C verzenden ontvangen. Zodra het pyruvaat meer dan 90% polarisatie heeft bereikt, zijn de oplossingen en de fantoom klaar en is de scan geconfigureerd.
Klik op de knop oplossing uitvoeren op de DNP-systeemconsole. Wanneer gevraagd wordt, beweegt u de oplosstick naar de bedrijfspositie en injecteert u het oplosmiddel. Sluit het DNP-systeem en klik op de knop voltooid op de DNP-systeemconsole.
Het is belangrijk dat de injectie van pyruvaat en enzym soepel verloopt. Dit zorgt ervoor dat het enzymmengsel goed wordt gemengd en wordt afgeleverd aan de fantoomkamer voordat de chemische omzetting is voltooid. Wanneer het DNP-systeem het hypergepolariseerde pyruvaat levert, zuigt u 500 microliter van de pyruvaat-oplossing in elk van de spuiten met hoge en lage enzymconcentratie.
Injecteer langzaam elke spuit in een injectielijn. Het scannen kan worden gestart voorafgaand aan de injectie of onmiddellijk na de injectie, afhankelijk van het gebruikte scanprotocol. Nadat de oplossing vol
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Overzicht
Dit artikel bespreekt een methode voor het meten van de omzetting van hypergepolariseerd pyruvaat naar lactaat met behulp van magnetische resonantie beeldvorming (MRI) in een gecontroleerde fantoomomgeving. Deze techniek simuleert metabolische processen die relevant zijn voor kankerdiagnose en andere metabole beeldvormingstoepassingen.
Belangrijke studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Magnetische Resonantie Beeldvorming
- Metabolische Studies
- Kankerdiagnose
Achtergrond
- Hypergepolariseerde MRI is een techniek die de detectie van metabolische processen verbetert.
- De omzetting van pyruvaat naar lactaat is een belangrijke metabolische marker bij kanker.
- Gecontroleerde fantoomomgevingen staan herhaalbare en beheersbare experimenten toe.
- Deze methode kan ook worden toegepast op studies van hartmetabolisme.
Doel van het onderzoek
- Om de omzetting van hypergepolariseerd pyruvaat naar lactaat te meten.
- Om de mogelijkheden van hypergepolariseerde MRI bij het detecteren van chemische omzettingen te onderzoeken.
- Om inzichten te verschaffen in metabolische processen die relevant zijn voor kanker.
Gebruikte methoden
- Gebruik van een dynamisch fantoom met meerdere compartimenten.
- Magnetische resonantie beeldvorming voor metabolische meting.
- Gecontroleerde experimentele omstandigheden om in vivo metabolisme te simuleren.
- Analyse van pyruvaat naar lactaat omzettingssnelheden.
Belangrijkste resultaten
- De fantoomomgeving simuleert met succes metabolische omzetting.
- Hypergepolariseerde MRI detecteert effectief de omzetting van pyruvaat naar lactaat.
- De methode toont potentieel voor kankerdiagnose en andere metabole studies.
- Tijdsbeperkingen van hypergepolariseerde media werden genoteerd als een uitdaging.
Conclusies
- Deze techniek biedt een beheersbare aanpak voor het bestuderen van metabolische processen.
- Het biedt waardevolle inzichten in kankermetabolisme en potentiële diagnostische toepassingen.
- Verdere exploratie van deze methode kan de begrip van metabole ziekten verbeteren.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
Dynamic multi-compartment enzyme phantoms enable rigorous validation of hyperpolarized MRI agents for metabolic imaging, supporting translational confidence in cancer and metabolic disease research. By recapitulating spatial and metabolic heterogeneity in a controlled, reproducible system, this approach de-risks imaging sequence development and quantitative biomarker assessment. The platform advances early discovery and preclinical imaging workflows by providing standardized, repeatable benchmarks for agent and sequence performance.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of metabolic pathway activity using controlled pyruvate-to-lactate conversion.
- Supports functional validation of imaging agents and metabolic targets under reproducible conditions.
- Facilitates predictive confidence in agent performance prior to in vivo studies.
Screening & Assay Development
- Provides a standardized platform for quantitative assessment of imaging sequence sensitivity and specificity.
- Ensures reproducibility and control over reaction rates and spatial heterogeneity for assay optimization.
- Enables benchmarking of new hyperpolarized agents and imaging protocols for downstream screening.
Translational & Preclinical Research
- Aligns phantom-based metabolic conversion with disease-relevant imaging endpoints, such as cancer metabolism.
- Supports continuity from discovery-stage validation to preclinical imaging studies by simulating pathological tissue dynamics.
- Reduces biological variability, enabling risk-adjusted advancement of imaging agents and protocols.
Pipeline & Workflow Integration
This phantom system bridges early discovery, assay development, and preclinical imaging by providing a reproducible testbed for hyperpolarized MRI agent and sequence validation.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of metabolic imaging targets and pathway activity.
- Screening: Delivers quantitative, reproducible outputs for imaging sequence and agent benchmarking.
- Analytics: Enables measurement of lactate/pyruvate signal ratios to compare enzyme activity and imaging performance.
- Translational Research: Simulates disease-relevant metabolic heterogeneity for preclinical imaging continuity.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable, standardized platform for ongoing imaging agent and protocol development.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in metabolic imaging agent validation.
- Operational Value: Standardizes imaging sequence evaluation and supports reproducibility across teams.
- Strategic Value: Enables informed go/no-go decisions and capital-efficient advancement of imaging technologies.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of imaging agents and protocols for further development.
Implementation Considerations
- Requires expertise in hyperpolarized MRI, enzyme kinetics, and phantom preparation.
- Demands access to DNP systems, MRI instrumentation, and precise timing infrastructure.
- Necessitates cross-team standardization of phantom preparation and imaging protocols.
- Adaptable to other hyperpolarized agents and metabolic pathways with appropriate reagent selection.
- Limited by the short time window of hyperpolarized signal and need for rapid, precise execution.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
1:12
Preparation of Hyperpolarized Pyruvate
3:10
Preparation of the Enzyme Phantom
4:13
Run Quality Assurance (QA) and Positioning Scans
5:21
Radial Echo Planar Spectral Imaging Scan Setup and Running Dissolution
7:17
Results: Radial Spectroscopic Imaging of Single Enzyme Phantom
7:57
Conclusion
![Meten van de spin-Lattice ontspanning magnetische veld afhankelijkheid van Hypergepolariseerde [1-13C] Pyruvate](/_next/image?url=https%3A%2F%2Fcloudfront.jove.com%2FCDNSource%2Fteasers%2F59399.jpg%3Fv%3D2026-07-04T06%253A45%253A50.000Z&w=384&q=75)
![Onderzoek naar hartmetabolisme in het geïsoleerde geperfuseerde muizenhart met hyperpolarisatie [1-13 C] pyruvaat en 13C / 31P NMR-spectroscopie](/_next/image?url=https%3A%2F%2Fcloudfront.jove.com%2FCDNSource%2Fteasers%2F63188.jpg%3Fv%3D2026-07-08T02%253A46%253A50.867Z&w=384&q=75)
