Wykorzystanie wielokompartmentowego dynamicznego fantomu pojedynczego enzymu do badań hiperspolaryzowanych czynników rezonansu magnetycznego

Summary

Wielokompartmentowy dynamiczny fantom jest używany do symulacji niektórych interesujących biologicznych badań metabolicznych przy użyciu hiperspolaryzowanych czynników rezonansu magnetycznego.

Abstract

Obrazowanie hiperspolaryzowanych substratów za pomocą rezonansu magnetycznego jest bardzo obiecujące klinicznie dla oceny krytycznych procesów biochemicznych w czasie rzeczywistym. Ze względu na fundamentalne ograniczenia narzucone przez stan hiperpolaryzacyjny, powszechnie stosuje się egzotyczne techniki obrazowania i rekonstrukcji. Niezwykle potrzebny jest praktyczny system do charakteryzowania dynamicznych, wielospektralnych metod obrazowania. Taki system musi w sposób powtarzalny odzwierciedlać odpowiednią dynamikę chemiczną tkanek normalnych i patologicznych. Najczęściej stosowanym do tej pory substratem jest hiperspolaryzowany [^1-13C]-pirogronian do oceny metabolizmu nowotworów. Opisujemy system fantomowy oparty na enzymach, który pośredniczy w przemianie pirogronianu w mleczan. Reakcja jest inicjowana przez wstrzyknięcie czynnika hiperpolaryzowanego do wielu komór wewnątrz fantomu, z których każda zawiera różne stężenia odczynników kontrolujących szybkość reakcji. Konieczne jest zastosowanie wielu przedziałów, aby sekwencje obrazowania wiernie oddawały przestrzenną i metaboliczną heterogeniczność tkanki. System ten pomoże w rozwoju i walidacji zaawansowanych strategii obrazowania, zapewniając dynamikę chemiczną, która nie jest dostępna w przypadku konwencjonalnych fantomów, a także kontrolę i odtwarzalność, które nie są możliwe in vivo.

Introduction

Kliniczny wpływ hiperpolaryzowanego rezonansu magnetycznego (MRI) ¹³związków znakowanych metodą C jest krytycznie zależny od jego zdolności do pomiaru współczynników konwersji chemicznej za pomocą spektroskopii rezonansu magnetycznego w czasie rzeczywistym i obrazowania spektroskopowego^1-5. Podczas opracowywania i weryfikacji sekwencji dynamiczna konwersja chemiczna jest na ogół osiągana za pomocą modeli in vivo lub in vitro ^6-9, które oferują ograniczoną kontrolę i odtwarzalność. W celu zapewnienia solidnych testów i zapewnienia jakości preferowany byłby bardziej kontrolowany system, który zachowuje konwersję chemicz....

Protocol

UWAGA: (Phantom Design) Dwie komory o pojemności 3 ml zostały wykonane z Ultema i wyposażone w rurki PEEK (1,5875 mm średnicy zewnętrznej i 0,762 mm średnicy) do wtrysku i wydechu. Komory umieszczono w probówce wirówkowej o pojemności 50 ml wypełnionej wodą (ryc. 1). Aby uniknąć pustek sygnałowych tworzonych przez pęcherzyki, komory i przewody zostały wstępnie wypełnione wodą dejonizowaną (dH₂O).

1. Przygotowanie roztworu

1. Przygotować 1 l roztworu buforowego (81,3 mM Tris pH 7,6, 203,3 mM NaCl). Odważyć 11,38 g wstępnie ustawionych kryształów Trizma o pH 7,6 i 11,88 g NaCl i rozpuścić w 1 l dH₂

Results

Selektywne obrazy 2D zostały pozyskane za pomocą sekwencji migawkowej radEPSI. Obrazy metabolitów zrekonstruowano za pomocą przefiltrowanej projekcji wstecznej. Obrazy metabolitów były dobrze dopasowane do obrazów protonów, jak widać na rysunku 2. W tym systemie hiperspolaryzowany sygnał mleczanu może być generowany tylko z enzymatycznej konwersji hiperspolaryzowanego pirogronianu. Na rysunku 4 dolna komora, o wyższym stężeniu LDH, ma silniejszy sygnał ml.......

Discussion

Obrazowanie hiperspolaryzowanych metabolitów w czasie rzeczywistym wiąże się z wieloma unikalnymi wyzwaniami związanymi z projektowaniem sekwencji, walidacją i kontrolą jakości. Zdolność do rozwiązania problemu niejednorodności czasoprzestrzennej i spektralnej oferuje znaczny potencjał kliniczny, ale wyklucza metody kontroli jakości i walidacji związane z konwencjonalnym rezonansem magnetycznym. Złożone sekwencje obrazowania lub algorytmy rekonstrukcji mogą mieć subtelne zależności, które utrudniają ich scharakteryzowani.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
BioSpect 7T	Bruker	BioSpec 70/30 USR	7 Tesla Przedkliniczny skaner MRI
HyperSense	Oxford Instruments	Hypersense DNP Polaryzator Dynamiczny	polaryzator jądrowy do agentów MRI
1-13C-Kwas pirogronowy	Sigma Aldrich	677175	Carbon 13 klarowany czysty kwas pirogronowy
Trityl	Radical GE Healthcare	OX063	Wolny rodnik stosowany w dynamicznej polaryzacji jądrowej
NaOH	Sigma Aldrich	S8045
EDTA	Sigma Aldrich	E6758	Kwas etylenodiaminotetraoctowy
LDH	Worthingthon	LS002755	Dehydrogenaza mleczanowa z mięśni królika
NADH	Sigma Aldrich	N4505	β-dinukleotyd nikotynamidoadeninowy, zredukowana sól dipotasowa
Trizma	Sigma Aldrich	T7943	Trizma Wstępnie ustawione kryształy
NaCl	Sigma Aldrich	S7653