Hiperspolaryzowana spektroskopia i obrazowanie metabolicznego rezonansu magnetycznego 13C

Podsumowanie

Dynamiczna polaryzacja jądrowa z późniejszym rozpuszczaniem próbki umożliwiła badania metabolizmu w systemach biologicznych w czasie rzeczywistym. Hiperspolaryzowany [^1-13C]pirogronian zastosowano do badania aktywności dehydrogenazy mleczanowej w linii komórkowej raka gruczołu krokowego in vitro.

Streszczenie

W ostatnich dziesięcioleciach pojawiły się nowe metody oceny stopnia zaawansowania nowotworu, regeneracji, monitorowania odpowiedzi na leczenie i wykrywania nawrotów różnych nowotworów w połączeniu z najnowocześniejszą pozytonową tomografią emisyjną z ¹⁸F-fluorodeoksyglukozą ([¹⁸F]-FDG PET). ¹³Obrazowanie spektroskopowe metodą rezonansu magnetycznego C (¹³CMRSI) jest małoinwazyjną metodą obrazowania, która umożliwia monitorowanie metabolizmu in vivo i w czasie rzeczywistym. Podobnie jak w przypadku każdej innej metody opartej na magnetycznym rezonansie jądrowym (NMR) ¹³C, stoi ona przed wyzwaniem niskiej polaryzacji termicznej i wynikającego z niej niskiego stosunku sygnału do szumu ze względu na stosunkowo niski stosunek żyromagnetyczny ^{wynoszący 13}C i jego niską naturalną obfitość w próbkach biologicznych. Pokonując te ograniczenia, dynamiczna polaryzacja jądrowa (DNP) z późniejszym rozpuszczaniem próbki umożliwiła ostatnio powszechnie stosowanym systemom NMR i obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (MRI) pomiar, badanie i obrazowanie kluczowych szlaków metabolicznych w różnych systemach biologicznych. Szczególnie interesującą i obiecującą cząsteczką wykorzystywaną w ¹³CMRSI jest pirogronian [^1-13C], który w ciągu ostatnich dziesięciu lat był szeroko stosowany w badaniach in vitro, przedklinicznych, a ostatnio klinicznych w celu zbadania metabolizmu energii komórkowej w nowotworach i innych chorobach. W artykule przedstawiono technikę rozpuszczania DNP przy użyciu przedklinicznego hiperpolaryzatora DNP o masie 3,35 T i wykazano jego zastosowanie w badaniach in vitro. Podobny protokół dla hiperpolaryzacji może być również stosowany w większości badań in vivo. W tym celu użyliśmy dehydrogenazy mleczanowej (LDH) i katalizowaliśmy reakcję metaboliczną pirogronianu [^1-13C] na [^1-13C] mleczan w linii komórkowej raka gruczołu krokowego, PC3, in vitro przy użyciu ¹³CMRSI.

Wprowadzenie

Obecnie najszerzej stosowaną metodą kliniczną do oceny stopnia zaawansowania guza, ponownej oceny stopnia zaawansowania, monitorowania odpowiedzi na leczenie oraz wykrywania nawrotów szerokiej gamy nowotworów jest PET z użyciem [¹⁸F]-FDG.¹ Jednak w ostatnim czasie pojawiło się kilka nowych i alternatywnych podejść. Jedną z tych metod jest ¹³CMRSI. Technika ta polega na wprowadzeniu cząsteczki ¹³C do próbki biologicznej, a następnie wykonaniu małoinwazyjnego MRI w celu oceny metabolizmu in vitro lub in vivo w czasie rzeczywistym. Niemniej jednak największym wyzwaniem w przypadku ¹³CMRSI, w porówna....

Protokół

1. Przygotowanie roztworu zapasowego próbki

1. Dodaj gadoterat megluminy (GadM, 0,5 mol/L) do stężonego kwasu [1-¹³C]pirogronowego, aby uzyskać końcowe stężenie GadM wynoszące 1 mmol/L. Do tej mieszaniny dodaj sól sodową rodnika trytylowego tris (8-karboksy-2,2,6,6-tetra-(hydroksyetylo)-benzo-[1,2-4,5]-bis-(1,3)-ditiolo-4-ylo)-metylu (OX063) do uzyskania końcowego stężenia 15 mmol/L. Mieszaj w vortexerze do całkowitego rozpuszczenia.
   UWAGA: Przygotowanie tego roztworu zapasowego jest przeznaczone do użytku z przedklinicznym hiperpolaryzatorem DNP 3,35-T. W przypadku użycia klinicznego hiperpolaryzatora 7-T gadoterat megluminy nie jest wymagany....

Wyniki

Wyniki „przeskanowania mikrofalowego” przedstawiono na Rysunku 3. Wskazują one, że optymalna częstotliwość mikrofal dla próbki [1-¹³C]pirogluinianu wynosi 94,156 GHz dla lokalnego hiperpolaryzatora o natężeniu pola 3,35 T. Wszystkie kolejne eksperymenty z hiperpolaryzacją (n = 14) przeprowadzono przy użyciu tej częstotliwości mikrofal z mocą 100 mW. Naświetlanie mikrofalowe stosowano przez 60 do 80 min, co doprowadziło do uzyskania hiperpolaryzacji w stanie stałym przekraczającej 90%. Wyniki p.......

Dyskusja

¹³CMRSI z sondami hiperpolaryzacyjnymi jest obiecującą metodą monitorowania metabolizmu w czasie rzeczywistym, in vitro i in vivo. Bardzo ważnym aspektem przy stosowaniu tego procesu eksperymentalnego jest właściwa standaryzacja, zwłaszcza w odniesieniu do eksperymentów in vitro . Po pierwsze, przygotowanie próbki musi być wykonane prawidłowo i konsekwentnie, aby osiągnąć takie samo stężenie materiału hiperspolaryzowanego w każdym eksperymencie. Wymaga to precyzyjnego zważenia zarówn.......

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
HiperSense DNP Polaryzator	Oxford Instruments		3,35 T przedkliniczny hiperpolaryzator DNP
GE/Agilent MR901	GE Healthcare/Agilent Technologies		7-tonowy przedkliniczny skaner MRI, z małym otworem przeznaczony do eksperymentów na gryzoniach
Spinsolve Carbon	Magritek		1 T Spektrometr NMR z magnesem trwałym
Tlenek deuteru	Sigma Aldrich	7789-20-0
Fosforan sodu dwuzasadowy	Sigma Aldrich	7558-79-4
Fosforan sodu monbasic	Sigma Aldrich	7558-80-7
Wodorotlenek sodu	Sigma Aldrich	1310-73-2
Wersenian disodowy	Sigma Aldrich	6381-92-6
Kwas pirogronowy - 13C1	Cambridge Isotopes Laboratories	CLM-8077-1
Dotarem (0,5 mmol/L)	Guerbet		gadoteran megluminy
tris (8-karboksyl-2,2,6,6-tetra-(hydroksyetylo)-benzo-[1,2– Sól sodowa 4,5]-bis-(1,3)-ditiole-4-ylo)-metylu (OX063)	GE Healthcare		rodnik trytylowy stosowany jako źródło wolnych elektronów
linii komórkowej PC3	ATCC	CRL1435
F-12K	ATCC	30-2004
Surowica bydlęca płodu		ATCC SCRR-30-2020
Roztwór trypsyny-EDTA, 1x	ATCC	30-2101
Plastikowy kubek na próbkę	Oxford Instruments
Trypan niebieski	Bio-Rad	145-0013-MSDS