Name: hypergepolariseerde 13 C Metabolic magnetische resonantie spectroscopie en beeldvorming (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-12-30T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 43 s
Description: Leer hypergepolariseerde 13C-MR-spectroscopie voor metabole beeldvorming van kankercellen. Deze methode meet real-time enzymatische omzetting van pyruvaat tot lactaat in prostaatcarcinoomcellijnen.

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

E.K. erkent met dank de steun van de Graduate School of Bioengineering (GSB) aan de Technische Universität München. Dit werk werd ondersteund door de Duitse Onderzoeksstichting (DFG) binnen het SFB Collaborative Research Center 824, "Beeldvorming voor selectie, monitoring en individualisering van kankertherapieën."

1. Steekproef Stock Solution Voorbereiding <ol><li> 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 omdat bij een hogere magnetische veld, de voordelen verwaarloosbaar. De toevoeging van een gadoliniumhoudende contrastmiddel verhoogt de haalbaar solid-state polarisatie en ook de polarisatie rate. Echter, in de vloeibare toestand, het contrastmiddel verkort de T1 relaxatietijd. </li></ol> 2. Het kweken van de celkweek <ol><li&gt; Groei PC3 cellen in een kolf met een 125 cm 2 groeigebied. Gebruik F-12K medium dat 10% foetaal kalfsserum (FCS) en de cellen bij 37 ° C in een vochtige atmosfeer te handhaven op 5% CO2. Vóór de ontbinding stap, verwijder het medium uit de kolf. OPMERKING: Elke cellijn vereist een specifieke voorbereiding protocol voor mobiele voortplanting. Raadpleeg de eisen met de cellijn provider. </li></ol> 3. Bereiding van de cellen voor Experiment <ol><li> Verwijder het celmedium en was de cellen met ~ 10 ml fosfaatgebufferde zoutoplossing (PBS). </li><li> Voeg 5 ml trypsine aan de kolf en geeft het celkweekkolven de incubator gedurende 3 tot 5 minuten. </li><li> Voeg ~ 5 ml F-12K medium om de trypsine te deactiveren. </li><li> Tel de cellen met een automatische celteller. Mix 10 pi van de celoplossing met 10 pi van de kleuroplossing. Meng goed met de pipet overgebracht 10 pi van het mengsel in de te kamer van een van &quot;het tellen van glas&quot;. </li><li> Verwijder en tel de cellen in de kolf (s). Breng de passende hoeveelheden die het gewenste aantal cellen (bijvoorbeeld 5 x 10 6 tot 10 8) in plastic flesjes. </li><li> Centrifugeer de cellen bij 1200 xg gedurende 5 min en gooi het supernatant. </li><li> Resuspendeer de cellen in de F-12K medium dat 10% FCS tot een totaal volume van 800 ul en overbrengen naar een reactie kop (2 ml). Plaats de reactie beker in een plastic flesje gevuld met warm water. </li></ol> 4. Ontbinding Agent Voorbereiding OPMERKING: Het oplossen middel een vloeistof die wordt gebruikt om het gehyperpolariseerde monster op te lossen. In biologische toepassingen wordt ontbinding traditioneel met H 2 O-gebaseerde of deuteriumoxide (D2O) gebaseerde buffers, zoals PBS of tris (hydroxymethyl) aminomethaan (Tris), bevattende 1 g / l ethyleendiaminetetraazijnzuur (EDTA). <ol><li> preparatie van 20 mmol / L PBS-buffer <ol><li> Aan 100 ml van de oplossing-middel, los 36 mg mononatriumfosfaat (NaH 2 PO 4), 247 mg dinatriumfosfaat (Na 2 HPO 4) en 10 mg van EDTA in een oplossing van 20 mmol / l natriumhydroxide ( NaOH) in D 2 O. Mix behoren tot volledige oplossing. OPMERKING: EDTA (1 g / l) toegevoegd aan de buffer om mogelijke ferromagnetische ionen elimineren, die de hyperpolarisatie kan bederven. NaOH wordt gebruikt om de pyrodruivenzuur in een 1 neutraliseren: 1 molaire verhouding tot een pH van 7,4 te bereiken. </li></ol></li></ol> 5. Variabele Temperatuur Insert (VTI) Cooldown <ol><li> In de polarisator programma hoofdvenster DNP-NMR, klik op &quot;Cooldown.&quot; LET OP: Deze schakelt de vacuümpomp en evacueert het VTI tot ongeveer 5,0 mbar. Vervolgens heeft de naald klep tussen het VTI en het vloeibare helium reservoir helemaal open, waardoor vloeibaar helium te stromen in het VTI. Het debiet is regulated door de naaldklep om de optimale hoeveelheid vloeibare helium in het VTI handhaven totdat de helium kooktemperatuur bereikt. Vervolgens wordt het VTI geëvacueerd tot bijna volledig vacuüm en de temperatuur bereikt ongeveer 1,4 K. De VTI is gevuld met vloeibaar helium tot 65%. Op dit moment is het instrument klaar voor monster inbrengen. </li></ol> 6. Monstervoorbereiding en Insertion <ol><li> Met behulp van een micropipet, voeg ~ 8 pi 13 C-gelabelde monster voorraadoplossing in een plastic beker. </li><li> Bevestig de plastic beker met de inbrengstang en start het monster inbrengen proces door te drukken &quot;Insert sample&quot; in het hoofdvenster. Selecteer &quot;Normal monster&quot; en klik op &quot;Doorgaan.&quot; OPMERKING: Tijdens dit proces, de naaldklep sluit eerst de stroom van vloeibaar helium in VTI stoppen, en de druk in het VTI neemt dan toe. De monsterhouder in het VTI wordt verhoogd van het vloeibare helium, de inlaatklepbovenaan de VTI opent, en een gasvormig helium stroom wordt geïntroduceerd van de inlaatklep buiten verontreiniging met lucht vocht. </li><li> Wanneer u wordt gevraagd, drukt u op de inbrengstang met de bijgevoegde plastic beker naar beneden in het VTI. Zorg ervoor dat de monsterhouder bereikt onderaan het VTI. Anders kan het gasvormige helium het monster uit het VTI te duwen. </li><li> Los te maken en verwijder de inbrengstang. </li><li> De procedure te beëindigen door te klikken op &quot;Next&quot; in het dialoogvenster. Het monster inbrengen procedure mag niet langer duren dan 10 s. OPMERKING: De inlaatklep sluit vervolgens de gasvormige helium stroom wordt onderbroken, de monsterhouder met de monsterhouder wordt ondergedompeld in vloeibaar helium, en de naaldklep wordt geopend om de vloeibare helium stroomt in het VTI. Na 5-10 min, wordt het VTI onder 1,4 K afgekoeld, waardoor alle vrije elektronen worden gepolariseerd. </li><li> Controleer of de plastic beker met het monster goed in het VTI werd geïntroduceerd door het controleren thoed is niet verbonden aan de inbrengstang of geduwd uit het VTI door heliumgas. Klik vervolgens op &quot;Finish.&quot; </li></ol> 7. Magnetron Sweep (optioneel) OPMERKING: Een magnetron zwaai maakt de bepaling van de optimale microgolffrequentie de hyperpolarisatie snelheid van 13 C kernen in de doelverbinding te maximaliseren. <ol><li> Om de magnetron sweep te meten, start het RINMR programma, type &quot;HYPERSENSENMR,&quot; en klik op &quot;Select Config&quot; en &quot;Do Microsweep.&quot; </li><li> Om het proces te starten, selecteert u de &quot;kalibreren&quot; tab op het hoofdvenster. </li><li> Klik op &quot;Generate&quot; en kies het begin en einde frequentie (bijvoorbeeld 94,100 GHz-94,200 GHz), de frequentie stapgrootte (bijvoorbeeld 20 MHz), het vermogen (100 mW) en de tijd (60 s). Klik op &quot;Doorgaan&quot;, &quot;Enable&quot; en &quot;Start.&quot; OPMERKING: Met deze instellingen, de hyperpolarisator polariseert eerste het monster60 s met een microgolffrequentie van 94,100 GHz en een vermogen van 100 mW. Dan geldt een 90 ° radiofrequente (RF) puls en verwerft het gehyperpolariseerde 13 C sein uit het ingebouwde spectrometer. Deze stappen worden herhaald voor elke stap in de opgegeven frequentiebereik. Voor de daaropvolgende hyperpolarisatie, kies de microgolf frequentie met de maximale signaalamplitude gemeten. </li></ol> 8. Polarisatie <ol><li> Om de polarisatie opbouw meten, start de RINMR programma, type &quot;HYPERSENSENMR,&quot; en klik op &quot;Select Config&quot; en &quot;Solid Build-up.&quot; </li><li> In de polarisator programma hoofdvenster DNP-NMR, klikt u op &quot;Polarisatie&quot; om het hyperpolarisatie te starten. </li><li> Kies de optimale magnetron frequentie (verkregen tijdens de magnetron sweep) en het vermogen (bijvoorbeeld 100 mW) voor de steekproef in en klik op &#39;Volgende&#39;. </li><li> Enable &quot;Polarisatie opbouw bewaking&quot; en klik op &quot;Finish.&quot; </li><li> Polariseren het monster tot&gt; 95% (~ 60 min voor [1- 13 C] pyruvaat). LET OP: Tijdens de polarisatie, microgolven worden geleid in het VTI en het monster, waardoor de 13 C spins aan te sluiten bij het hypergepolariseerde ongepaard elektron spins. De hyperpolarisatie opbouw te meten, worden RF pulsen met een kantelhoek (FA) van 5 ° periodiek toegepast (bijvoorbeeld 300 seconden) en het resulterende signaal wordt uitgezet als polarisatie opbouw curve. </li></ol> 9. Ontbinding <ol><li> Wanneer de polarisatie&gt; 95% bereikt, inleiding van de ontbinding door te klikken op &quot;Ontbinding&quot; in de polarisator programma hoofdvenster DNP-NMR. </li><li> Kies de ontbinding proces van de drop-down menu en klik op &#39;Volgende&#39;. OPMERKING: De polarisator kan men de gewenste oplossingsproces definiëren door het kiezen van de timing van de achtervolgende gas. </li><li> Load ~ 5 ml van de oplossing middel door de bovenste klep in een verwarmd vat tHij ontbinding deel van de polarisator. Bereken het exacte volume van de ontbinding middel nodig met behulp van volgende vergelijking: <img alt="vergelijking 1" src="/files/ftp_upload/54751/54751eq1.jpg" /> waarbij V DA is het gewenste volume van ontbinding middel, m PA, m OX063, en m Gad zijn de massa&#39;s van de pyruvaat, OX063 en gadoterate meglumine, respectievelijk toegevoegd aan de steekproef voorraad oplossing. </li><li> Plaats de ontbinding stok in de actieve positie boven de inlaatklep. LET OP: Dit laat het instrument om de ontbinding instrumenten aan te sluiten op het monster cup in het VTI. </li><li> Klik op &quot;Finish&quot; om de ontbinding te starten. Opmerking: Het oplossen middel onder een druk van 3 bar bij heliumgas en vervolgens tot 200 ° C verhit, waardoor drukverhoging. Wanneer de druk 10 bar bereikt, de naaldklep gesloten om de stroming van vloeibaar helium in het VTI beëindigen. Het monster houder verhoogt de bekervan vloeibaar helium. Het oplossen stick is neergelaten in het VTI en verbonden met de monsterhouder. Het geconditioneerde oplossen middel wordt geduwd door de druk die voortvloeit uit het verwarmingsvat met de ontbinding buffer en heliumgas, door ontbinding vasthouden aan de cup, waardoor een snelle oplossing van het monster. De oplossing stroomt vervolgens uit in de collectie kolf via plastic buizen. De ontbinding stick met de bijgevoegde beker wordt vervolgens verhoogd van het VTI. </li><li> Beweeg de ontbinding stick met de bijgevoegde beker naar de &quot;schoonmaken&quot; positie en voltooi het proces door te klikken op &quot;Finish.&quot; </li></ol> 10. Detectie van de 13 C hypergepolariseerde Signal <ol><li> 13 C metabole resonantiespectroscopie in vitro <ol><li> Meng 200 pi van de 20-mmol / l opgelost gehyperpolariseerde monster uit de collectie kolf met 800 pi van de celoplossing. NB: De verkregen eindconcentratievan [1- 13 C] pyruvaat is 4 mmol / l. </li><li> Meng de suspensie goed met behulp van een micropipet en overdracht ~ 600 pi tot op 5 mm NMR-buis. </li><li> Plaats de 5 mm NMR-buis in de 1-T NMR spectrometer. In het hoofdvenster van de software, klikt u op &quot;Run&quot; om de meting te starten, het aanbrengen van series van honderd 10 ° RF pulsen om de 3 s. OPMERKING: Meet de tijd tussen de eerste vermenging van het gehyperpolariseerde monster met de cellen en het begin van de spectroscopische acquisitie. Controleer of de mengprocedure niet meer dan 30 s polarisatie te minimaliseren. </li></ol></li><li> 13 C metabole MRI <ol><li> Om een container voor de in vitro experimenten met de MRI-spectrometer te bouwen, neem dan een 5-mL spuit en sluit deze aan op een katheter (d = 1,2 mm) die lang genoeg is te bereiken vanaf de spectrometer het iso-centrum naar het benaderbaar gebied van de spectrometer. </li><li> Vul het in vitro container met the celoplossing van de gewenste concentratie van het experiment (bijvoorbeeld 10 8) of met een enzymatische oplossing. </li><li> Plaats een in vitro verpakking bij het isocentrum van de magneet MRI. Plaats een 13 C-afgestemde radiofrequentieontvanger spoel op de houder. Plaats een geconcentreerde 13 C-gelabeld calibratie fantoom (bv 10-mol / L 13 C-ureum) in de buurt. </li><li> Plaats de &quot;in vitro container&quot; in de buurt van het iso-centrum van de NMR-scanner. </li><li> Werking van de scanner standaard 3-plane lokalisatiesequentie en plaats het in vitro container passen aan het iso-centrum, indien nodig. </li><li> Voer een 1 H-T2-gewogen &quot;anatomische&quot; sequentie met betrekking tot de in vitro container lokalisatie. Gebruik de volgende instellingen: 2D spin-echo met axiale oriëntatie, herhalingstijd (TR) = 2,000 ms, echo tijd (TE) = 20 ms, slice dikte = 1 mm, gezichtsveld voor de in vitro container, en16 echo&#39;s per excitatie. Zorg ervoor dat het veld shimming wordt op protonen gemaakt tijdens deze stap. </li><li> In de anatomische beelden, selecteert 5 opeenvolgende segmenten gecentreerd op het gebied van belang. Voorschrijven van een 13 C spectroscopische calibratie overname met betrekking tot de geselecteerde anatomische plakjes. Gebruik de volgende instellingen: 2D Block-Siegert kalibratieprocedure met axiale richting 12 x 12 centric gecodeerd, TR = 1,000 ms, plakdikte = 5 mm, gezichtsveld bijpassende anatomische beelden, het aantal scans (NS) = 64, bandbreedte = 5000 hz en FA = 90 °. </li><li> Selecteer de 13 C spectroscopische kalibratieprocedure (voor meer informatie, zie Schulte et al. 2011) 75 van de pulssequentie bibliotheek. Download de pulssequentie om de scanner van de computer door te klikken op &quot;Download.&quot; Klik op &quot;Spectra Prescan&quot; om de spectroscopische prescan draaien. In het spectrum magnitude plot, past het hoogtepunt van het 13 C kalibratie fantoom aan de center van de scanner frequentie. Stel de ontvanger krijgt tot het maximum. Klik op &quot;Start&quot; om de 13 C spectroscopische calibratie volgorde uit te voeren. Let op de gerapporteerde winst zend- en centric frequentie. </li><li> Stel een 13 C chemische verschuiving imaging (CSI) overname voor de geselecteerde anatomische plakjes. Gebruik de volgende instellingen: 2D echo-vlakke spectroscopische beeldvorming (EPSI) met axiale oriëntatie 12 x 12 centric gecodeerd, TR = 400 ms, plakdikte = 5 mm, gezichtsveld bijpassende anatomische beelden, NS = 300, en bandbreedte = 5000 Hz . LET OP: EPSI samples een enkele lijn in k-ruimte herhaaldelijk na één RF excitatie om zowel ruimtelijke en spectrale informatie tegelijkertijd te verwerven. Voor meer informatie over de overname technieken, zie het artikel van Durst et al. 2015 76. </li><li> Download de 13 C CSI volgorde en voer de spectroscopische Prescan. Stel de scanner frequentie en het doorsturen van de winst zoals gespecificeerd door de kalibratie-sequentieoutput. </li><li> Na het gehyperpolariseerde oplossing in de kolf verzameling wordt aangebracht, stellen ~ 3 ml in een injectiespuit en injecteren in de katheter verbonden met de in vitro verpakking. Start de overname. Na de overname is voltooid, slaat u het ruwe data bestand voor latere wederopbouw. </li></ol></li></ol> Reconstructie 11. Gegevens <ol><li> Breng één van de twee beschreven kinetische modellen om de verkregen gegevens te analyseren. <ol><li> In de eerste werkwijze voor het beschrijven van de LDH kinetiek, kinetische waarde (k), vergelijk de som van de lactaat signaal (M LAC) het signaal van gehyperpolariseerd moleculen (Mx) 21,77. <img alt="vergelijking 2" src="/files/ftp_upload/54751/54751eq2.jpg" /></li><li> In de andere methode, het meten van de lactaat en pyruvaat signalen over de tijd en passen deze aan een kinetisch model 17,25,71. Om de stofwisseling wisselkoers op te lossen, k PA → LAC, en de effectievesignaal vervalsnelheid van lactaat, r LAC, gebruikt u de volgende lineaire differentiaalvergelijkingen met behulp van de twee eigen omrekeningsverschillen model, waardoor voor lactaat: <img alt="vergelijking 3" src="/files/ftp_upload/54751/54751eq3.jpg" /></li></ol></li></ol> Noot: De effectieve lactaat signaal vervalsnelheid r LAC is afhankelijk van de lactaat longitudinale relaxatietijd (T1, LAC), het andere metabolische koers van lactaat tot pyruvaat k LAC → PA, de toegepaste FA en TR, en de signaalintensiteit van pyruvaat (M PA) en lactaat (M LAC), rekening houdend met de onomkeerbare signaal reductie na elke opeenvolgende excitatie: <img alt="vergelijking 4" src="/files/ftp_upload/54751/54751eq4.jpg" /> Daarom r LAC resulteert in een enkele, onafscheidelijk termijn van het signaal verval. Omdat het mogelijk te corrigeren thij kantelhoek en de herhalingstijd, en hoewel er een flux LAC → PA, aangenomen dat de koers van lactaat lactaatdehydrogenase (k LAC → PA) behoeft niet te worden opgenomen in de berekening, gebaseerd op de resultaten van Harrison et al. 2012 78. De resultaten tonen aan dat de k LAC → PA als een cruciale rol zou veronderstellen niet werkt. In deze modus kan de T1 relaxatietijd van lactaat te kwantificeren. Dit model is onafhankelijk van pyruvaat toediening aan de meting die, bij in vitro experimenten, is niet cruciaal en kan worden verwaarloosd. Wel, spelen een belangrijke rol in vivo metingen 79.

Rolf F. Schulte en Marion I. Menzel zijn in dienst bij GE Global Research.

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...

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 computertomografie, is de lage signaal-ruisverhouding. Het NMR-signaal is recht evenredig met de mate van polarisatie, een verhouding van de spin ½ kernen verschil populatie in twee energietoestanden de totale populatie (Figuur 1A). De polarisatie is een product van the gyromagnetische verhouding (γ) van de kernen en het aangelegde magnetische veldsterkte over de temperatuur. Een typische polarisatie van 1 H kernen in de orde van 0,001% tot 0,005% in 3 T, dat een relatief slechte signaal-ruisverhouding geeft. De huidige state-of-the-art MRI is een succesvolle beeldvormingstechniek is alleen door de grote dichtheid van 1 H in biologische monsters en de hoge gyromagnetische verhouding van 1 H (y 1H = 42,576 MHz / T). Echter, het waarnemen andere kernen, zoals koolstof, is veeleisender. De enige stabiele, magnetisch actieve kool isotoop 13 C, vertegenwoordigt slechts 1,1% van alle koolstofatomen. Bovendien, de gyromagnetische verhouding van 13 C (13C γ = 10,705 MHz / T) vier maal lager dan die van 1H, wat leidt tot een lagere detectie-efficiëntie. Samengevat, de lage 13 dichtheid en lage C γ 13C veroorzaken thermische 13 C gemeten tot 0,0176% van de gevoeligheid van een 1 bereikenH-NMR meting in vivo. Dynamic Nuclear Polarisatie Werkwijze voor de relatief lage sensitiviteit van 13 C gemeten overwinnen is DNP. Het werd oorspronkelijk beschreven metalen in 1953 van Albert W. Overhauser. In zijn artikel, verklaarde hij: &quot;Het is aangetoond dat als de electron spin resonantie van de geleidingselektronen verzadigd, de kernen worden gepolariseerd in dezelfde mate ze zouden zijn als de gyromagnetische verhouding waren die van het electron spin.&quot; 2 later dat jaar, Carver en Slichter experimenteel bevestigd Overhauser hypothese 3. In 1958, Abragam en Proctor beschreef dit effect voor elektronen in vloeistoffen en noemde het de &quot;vaste-effect.&quot; Bij temperaturen onder 4 K, electron spin polarisatie bereikt bijna 100% en meer dan drie ordes van grootte hoger dan de kern-spin polarisatie (Figuur 1B) 4. Thij treedt op omdat de gyromagnetische verhouding van het elektron (e γ = 28024,944 MHz / T) is drie ordes van grootte hoger dan de nucleaire gyromagnetische verhouding. De zwakke wisselwerking tussen elektronen en kernen, zoals het Overhauser effect, het vaste zin crosseffect en de thermische mengwerking kan de overdracht van polarisatie van elektronspins naar kernspins via microgolfbestraling met een frequentie nabij de overeenkomstige elektron paramagnetische resonantie (EPR) frequentie 5,6. DNP theorie is verder ontwikkeld om meer elektronen en thermische mengen omvatten. Niettemin, tot op heden geen uniforme kwantitatieve theoretische beschrijving van DNP is gepubliceerd 7,8. <img alt="Figuur 1" src="/files/ftp_upload/54751/54751fig1.jpg" /> Figuur 1: Het begrijpen van Dynamic Nuclear Polarisatie en hyperpolarisatie. A) Een schematische vergelijking van de spin bevolkingin het thermisch evenwicht polarisatietoestand en het hypergepolariseerde toestand. B) De polarisatie is afhankelijk van de temperatuur. De polarisatie van een elektron (e -) bereikt 100% onder 1,4 K. De DNP voor de overdracht van de polarisatie van de e naar de 13 C kernen, die de polarisatie tot 10 5 voudig verhoogt. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54751/54751fig1large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a> DNP introduceren in studies van biologische systemen gebruik 13 C NMR had daaropvolgende snelle dissolutie monster te ontwikkelen. 50 jaar na Overhauser hypothese, Jan H. Ardenkjaer-Larsen et al. loste het technisch uitdagende kwestie van het brengen van het hypergepolariseerde bevroren monster in vloeibare toestand met een minimaal verlies hyperpolarisatie 6. Ontbinding DNP opende een nieuw onderzoeksgebied genaamd 13 CMRSIk, het verstrekken van een nieuwe methode om te onderzoeken en te karakteriseren verschillende ziektebeelden 9,10. Zo stabiel dragers van een ongepaard elektron, een 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) of (2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-yl) oxyl (TEMPO) wordt meestal gebruikt. Deze zijn gemengd met de gewenste 13-gelabeld molecuul en blootgesteld aan bestraling met microgolven met een frequentie nabij de overeenkomstige EPR frequentie. Met deze techniek kan de polarisatie van 13 C kernen worden verhoogd tot 37% 11. Dit resulteert in een 10-voudige 5 verhoging polarisatie ten opzichte van de thermisch evenwicht polarisatie 11,12. Echter, zodra de microgolfstraling wordt gestopt en / of de 13 C-molecuul naar de vloeibare toestand, de polarisatie vervalt onder longitudinale relaxatietijd (T1) van de 13 C kern die is gepolariseerd. Dus deuitvinding van de snelle ontbinding technieken of elke latere techniek het verkorten van de tijd voordat de experimentele meting (dwz injectie) is cruciaal voor biologische toepassingen 13. Er zijn drie belangrijke eisen waaraan de kandidaat molecuul moet voldoen voor een succesvolle 13 CMRSI studies. Ten eerste, de 13 C kern plaats moet een voldoende lange t 1 (&gt; 10 s) hebben. De keuze van de 13 C-label is cruciaal. De beste kandidaat kernen zijn koolstoffen zonder direct contact met 1 H-kernen via een obligatie. Het moet ook snel worden gemetaboliseerd binnen 2-3 T 1 keer, wat resulteert in een stroomafwaarts metaboliet met een significant verschillende chemische verschuiving van de oorspronkelijke stof. Het monstermengsel moeten ook een amorf glas als in vaste toestand, zodat de ruimtelijke verdeling vermindert de afstand tussen het elektron en 13 C, waardoor de transfer polarisatie. Indien de kandidaat molecuul amorf glas niet van nature vormt, moet goed oplosbaar in een glassing middel, zoals glycerol of dimethylsulfoxide 14 worden. Deze eisen leiden tot een relatief klein aantal kandidaat moleculen. Maar zelfs na de succesvolle ontdekking van een geschikt molecuul, het ontwikkelen van een werkende protocol voor hyperpolarisatie kan technisch uitdagend 9,14,15 zijn. De laatste jaren hebben verschillende substraten succes gepolariseerd zijn, zoals [1- 13 C] pyruvaat 12,16 - 36, [2- 13 C] pyruvaat 37 [1- 13 C] ethyl pyruvaat 38 [1- 13 C ] 39 lactaat, [1- 13 C] fumaraat 40-43, 13 C-bicarbonaat 36,44,45, [1- 13 C] natriumacetaat 43,46 - 49, 13 C-ureum 6,36,50,51 , [5- 13 C] glutamine 15,52,53, [1- 13 C] glutamaat 53,54 [1- 13 C] 2-oxoglutaraat 55 [1- 13 C] alanine en anderen 14,56. Een bijzonder interessante en meest gebruikte substraat voor hyperpolarisatie is [1- 13 C] pyruvaat. Het wordt veel gebruikt in preklinische studies om de cellulaire energie-metabolisme in verschillende ziekten 14,17,22 te onderzoeken. [1- 13 C] pyruvaat voldoet aan alle eisen voor een succesvolle hyperpolarisatie, met inbegrip van een relatief lange T 1 en snel transport over de celmembraan alvorens vervolgens wordt gemetaboliseerd. Preklinische studies met [1- 13 C] pyruvaat worden momenteel vertaald in de kliniek 57. Stofwisseling van pyruvaat Het is bekend dat er een rechtstreeks verband tussen mutaties in DNA en veranderingen in hun metabole routes kanker cellen. Reeds in de jaren 1920, Otto Warburg Discovuitgegaan dat er een verhoogd metabolisme van glucose en de productie van lactaat in tumoren in vergelijking met gezond weefsel 58-60. Vervolgens verschillende afwisselingen in andere metabole routes, zoals de pentose-fosfaat route, de citroenzuurcyclus, oxidatieve fosforylering en de synthese van nucleotiden en lipiden, zijn beschreven. Pyruvaat is het eindproduct van glycolyse. In de tumor ondergaat anaërobe glycolyse gekatalyseerd door LDH 61 en reageert met de gereduceerde vorm van het co-enzym nicotinamide adenine dinucleotide (NADH), waardoor lactaat en de geoxideerde vorm van co-enzym (NAD +). Alternatief pyruvaat ondergaat transamineringsreaktie reactie met glutamaat alanine te vormen, gekatalyseerd door alanine transaminase (ALT). Beide reacties zijn gemakkelijk omkeerbaar. Pyruvaat ondergaat gekatalyseerd door decarboxylering pyruvaat dehydrogenase (PDH) kooldioxide en acetyl-CoA, representing een irreversibele reactie bij deze stap. Afwisselingen in deze reactiesnelheden kunnen worden gekoppeld aan tumormetabolisme 17,21,22,25,62. De metabole route zijn in figuur 2. <img alt="Figuur 2" src="/files/ftp_upload/54751/54751fig1.jpg" /> Figuur 2: Schematische weergave van de belangrijkste metabole reactie van pyruvaat. Pyruvaat / lactaat omzetting wordt gekatalyseerd door LDH en pyruvaat / alanine omzetting wordt gekatalyseerd door ALT. Pyruvaat is irreversibel omgezet in acetyl-CoA en CO 2 door PDH en CO 2 in een pH-afhankelijke evenwicht met bicarbonaat 80. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54751/54751fig2large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a> De detectie van gehyperpolariseerde [1- 13 C] pyruvaat en zijn metabolieten is eerder aangetoond in de rat hijart 37,63 - 65, 66 lever, spieren en nieren 62,67. Een studie toonde significante verschillen in de lactaat-to-alanine verhouding tussen de normale en vastten rattenlever en 66 vertoonden een zeer verhoogde en gehyperpolariseerde [1- 13 C] lactaat niveau leverkanker 68,69. Er zijn aanwijzingen dat de tumor rang kunnen worden geïdentificeerd in een transgene adenocarcinoom van muizen prostaatkanker (TRAMP) middels gehyperpolariseerde [1- 13 C] pyruvaat 22, met het gehyperpolariseerde lactaat niveaus die een hoge correlatie met de histologische graad van de tumoren uitgesneden. De alanine gekatalyseerd van pyruvaat door ALT is ook gesuggereerd als een bruikbare marker in ratten leverkanker 23. Meten van de pyruvaat-lactaat metabole flux is gebruikt voor de monitoring ischemie 63,65,70 en als reactie op behandeling met cytotoxische chemotherapie 17,40, gerichte geneesmiddelen &lt;sup&gt; 24,25,41, of radiotherapie 26 in diermodellen. Het is ook gebruikt voor de detectie van de fosfatidylinositol 3-kinase (PI3K) remmer LY294002 reactie in glioblastoma en borstkanker muismodellen 25. Veranderingen in pyruvaatstofwisseling in hersentumoren 26 en prostaatkanker 24,71 zijn eveneens waargenomen na behandeling. prostaatcarcinoom Prostaatcarcinoom is de belangrijkste kanker bij oudere mannen en de tweede belangrijkste kanker gerelateerde dood bij mannen wereldwijd 72. Tot op heden zijn geen betrouwbare, niet-invasieve methoden beschikbaar voor een vroege diagnose en typering van prostaatkanker 73,74, met nadruk op de dringende behoefte aan nieuwe metabole beeldvormende technieken aan strenge opsporing en enscenering van de patiënten mogelijk te maken. Prostaatcarcinoom werd gebruikt als een model om de mogelijkheden van ontbinding DNP in combinatie met 13 CMRSI in de patiënt aan te tonens 57. Dit werk werd voortgezet in een eerste klinische studie in dienst [1- 13 C] pyruvaat en 13 CMRSI voor de beeldvorming van prostaatkanker, en het heeft onlangs is afgerond (NCT01229618). De motivatie achter dit werk was om te illustreren in meer detail en voor een breder publiek de toepassing van de 13 CMRSI methode in een preklinische omgeving met cellen. Het meten van de LDH-gekatalyseerde metabolisme van [1- 13 C] pyruvaat om [1- 13 C] lactaat in vitro in de PC3 prostaatcarcinoom cellijn, tonen we de mogelijke toepassing van ontbinding DNP in in vitro studies en het adres van de cruciale stappen en uitdagingen tijdens de experimenten.

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

hypergepolariseerde 13 c metabolic magnetische resonantie spectroscopie en beeldvorming

Hyperpolarized 13C Metabolic Magnetic Resonance Spectroscopy and Imaging

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.

De resultaten van de &quot;microwave sweep&quot; 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...

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

In the past decades, new methods for tumor staging, restaging, treatment response monitoring, and recurrence detection of a variety of cancers have ...

Het algemene doel van deze procedure is om koolstof 13-gelabelde moleculen te hyperpolariseren met behulp van dynamische nucleaire polarisatie en om hun enzymatische omzetting te meten met behulp van koolstof 13 magnetische resonantie, retroscopische beeldvorming, in vitro. Deze methode verhoogt het resonante signaal van koolstof met een factor 10.000 tot 100.000, waardoor de gelaagde verbindingen kunnen worden onderscheiden van hun metabole producten en in het lichaam kunnen worden gelokaliseerd door beeldvorming. Het belangrijkste voordeel van deze methode, in vergelijking met bijvoorbeeld VR-technieken, is dat het een weergave biedt van de stofwisseling van natuurlijk voorkomende stoffen in levende organismen in realtime.Ook kan deze methode inzicht geven in de stofwisseling van kanker en omdat het in vitro is. Het kan ook worden toegepast op diermodellen en menselijke patiënten. De toepassing van deze techniek gaat verder dan tumorlokalisatie.Het kan worden gebruikt om metabolische tumorsubtypen te vinden en te onderscheiden en om behandelingen te monitoren naast state-of-the-art technieken. Om de procedure te starten, bereidt u eerst een oplossing van één millimolair gadoterate meglumine en geconcentreerd koolstof 13 pyruvaat. Voeg trityl radicaal OX063 toe aan het mengsel om een ​​eindconcentratie van 15 millimolar te bereiken en los het volledig op.In de DNP Polarizer software klikt u op 'Afkoelen' om de temperatuur van de variabele temperatuurinzet, of VTI, onder 1,4 kelvin te verlagen. Zodra de VTI is afgekoeld, plaatst u ongeveer acht microliters van de koolstof 13-gelabelde monsteroplossing in een plastic monstercup. Bevestig de cup aan de monstersteeknaald.In de software klikt u op 'Monster invoegen'Selecteer normaal monster'en vervolgens'Volgende'Dit brengt de monsterstander omhoog en opent de inlaatkleppen naar de VTI, waardoor monsterinvoer mogelijk is. Bij de prompt gebruikt u de invoerpen om de monstersteeknaald de VTI in te duwen. Haal de monstersteeknaald los en trek de invoerpen voorzichtig terug.Bevestig dat het monster losgekoppeld is van de pen en niet tijdens de sluitprocedure uit de VTI is geduwd. Klik op'Volgende'om de kleppen te sluiten en de monstersteeknaald in het vloeibare helium te laten zakken en klik vervolgens op'Voltooien'Om een ​​optimale polarisatiefrequentie te vinden, start u eerst de RINMR-software. Klik in het configuratiescherm op'Selecteer monster'en'Doe microveeg'Maak het bestand waar de gegevens worden opgeslagen.Schakel terug naar de DNP Polarizer-software. Selecteer het tabblad'Kalibreren', stel de microgolfveegparameters in en start vervolgens het microgolfveegproces. Zodra de microgolfveeg is voltooid, noteert u de frequentie met een maximaal gemeten signaalamplitude.Keer terug naar de RINMR-software en selecteer'Solid Build Up'Dan, in de DNP Polarizer-software, klikt u op'Polarisatie'Voer de optimale microgolffrequentie en het vermogen in. Klik op'Volgende'Activeer polarisatieopbouwbewaking'en klik op'Voltooien'Polariseer het monster gedurende een voldoende lange tijd om een ​​polarisatie van meer dan 95% te bereiken. Tijdens polarisatie sluit u een opvangkolf aan op de monsteruitlaatbuis van de hyperpolarisator en plaatst u deze in de buurt van de spectrometer.Stel een NMR-spectrometer met één tesla in met de 13 koolstof scanreeks van 110 graden RF-pulsen met tussenpozen van drie seconden. Tijdens pyruvaatpolarisatie, begint u met de bereiding van celcultuur. Verwijder het celmedium uit de celcultuurflacons.Was de cellen met ongeveer 10 milliliter fosfaatgebufferde zoutoplossing. Voeg vijf milliliter trypsine toe aan het kweekflak. Incubeer de cultuur gedurende drie tot vijf minuten bij 37 graden Celsius en deactiveer vervolgens het trypsine met ongeveer vijf milliliter F12K-medium met 10% foetaal runder serum volgens het volume.Breng vervolgens het volume celsuspensie met het gewenste aantal cellen over in een plastic centrifugeerbuisje. Centrifugeer het celmonster gedurende vijf minuten bij 1200 G. Gooi de supernatant weg en suspendeer de pallet opnieuw in voldoende F12K-medium met 10%FCS om een ​​eindvolume van 800 microliters te bereiken.Breng de suspensie over in een microcentrifugebuisje van 1,5 milliliter en plaats de buis in een plastic vat gevuld met warm water. Om gegevensverzameling via koolstof 13 magnetische resonantiespectroscopie te beginnen, klikt u eenmaal het celmonster is voorbereid en de pyruvaatpolarisatie groter is dan 95 procent, op'Dissolutie uitvoeren'in de DNP Polarizer software. Laad het opgemeten volume oplosmiddel via de bovenklep van de dissolvatiekamer.Breng de oplosstick naar de actieve positie. Bevestig door te klikken op'Volgende'Zodra het celmonster klaar is voor het experiment, klikt u op'Voltooien'in de DNP Polarizer software om het dissolvatieproces te initialiseren. Wacht tot het dissolvatieproces is voltooid.Voeg 200 microliter van de hypergepolariseerde pyruvaatoplossing toe aan 800 microliter van het celmonster. Meng goed met een pipette en plaats vervolgens ongeveer 600 microliter van het mengsel in een NMR-buisje van vijf millimeter. Laad het NMR-buisje in de spectrometer en klik op'Uitvoeren'om de meting te starten.Verplaats vervolgens de oplosstick met de bevestigde monstersteeknaald naar de reinigingspositie en klik op'Voltooien'in de DNP Polarizer software. Om carbon 13 magnetische resonantiebeeldvorming te starten, breng na het starten van het hyperpolarisatieproces 800 microliter van het opnieuw gesuspendeerde celmonster met een celnummer van minimaal 10 naar de achtste in een drie milliliter spuit. Verbind de spuit met een lange katheter en plaats de spuit op een MRI-scanbed.Zorg ervoor dat de katheter lang genoeg is om buiten de MRI-scanner te reiken. Plaats een kalibratiephantom, dat tien molair koolstof 13 ureum bevat met 10% gadoterate meglumine, naast de spuit. Plaats een koolstof 13-afgeste RF-ontvangerspoel op de spuit.Breng het scanbed in de scanner zo

hyperpolarized-13c-metabolic-magnetic-resonance-spectroscopy

Research

JoVE Journal

Cancer Research

Kankeronderzoek

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

Dit artikel heeft tot doel een basisprotocol te beschrijven voor het combineren van transcraniale directe stroom stimulatie (tDCS) met proton magnetische resonantie spectroscopie (1H-MRS) metingen om de effecten van bilaterale stimulatie op de stofwisseling van de primaire motorische cortex te onderzoeken.

Het gebruik van Magnetic Resonance Spectroscopy als een instrument voor het meten van Bi-hemisferische Transcraniale Elektrische Stimulatie Beïnvloeding van de Primaire Motor Cortex Metabolisme

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 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

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

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

Het manuscript presenteert een gedetailleerd protocol voor het gebruik van hypergepolariseerd Xenon-129 chemisch verschuivingsverzadigingsherstel (CSSR) om pulmonale gasuitwisseling te traceren, de schijnbare dikte van de alveolaire septumwand te beoordelen en de oppervlakte-volumeverhouding te meten. De methode heeft het potentieel om longziekten te diagnosticeren en te monitoren.

Kwantitatieve meting van longstructuur en -functie verkregen uit hypergepolariseerde xenonspectroscopie

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 hypergepolariseerde 13C-MR-spectroscopie voor metabole beeldvorming van kankercellen. Deze methode meet real-time enzymatische omzetting van pyruvaat tot lactaat in prostaatcarcinoomcellijnen.

hypergepolariseerde¹³ C Metabolic magnetische resonantie spectroscopie en beeldvorming

Meer video's verkennen