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

Ogólnym celem tej procedury jest pomiar konwersji hiperspolaryzowanego pirogronianu do mleczanu za pomocą obrazowania metodą rezonansu magnetycznego lub rezonansu magnetycznego w kontrolowanym środowisku fantomowym. Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w hiperspolaryzowanym polu MRI, takie jak zdolność systemu do wykrywania chemicznej konwersji pirogronianu za pomocą rezonansu magnetycznego. Główną zaletą tej techniki jest to, że chemiczna konwersja pirogronianu przebiega podobnie do metabolizmu in vivo, ale jest bardziej kontrolowana i powtarzalna niż w organizmach żywych.

Implikacje tej techniki rozciągają się w kierunku diagnozy raka, ponieważ zwiększona konwersja pirogronianu do mleczanu, powszechna w większości nowotworów, jest symulowana przez środowisko fantomowe. Chociaż metoda ta może zapewnić wgląd w raka, można ją również zastosować do innych obrazowania metabolicznego, takich jak metabolizm serca. Ogólnie rzecz biorąc, osoby początkujące w tej metodzie mogą mieć trudności, ponieważ ograniczenia czasowe nieodłącznie związane z hiperspolaryzowanymi mediami są krótkie.

Wizualna demonstracja tej metody ma kluczowe znaczenie, ponieważ etapy rozpuszczania i wyrzucania są trudne do nauczenia, ponieważ muszą zachodzić szybko i muszą być wykonane precyzyjnie. W kubku na próbkę do dynamicznej polaryzacji jądrowej lub systemu DNP odpipetować 0,3 mikrolitra roztworu gadoteridolu i 13 miligramów roztworu kwasu pirogronowego. Krótko wymieszać tę mieszaninę w pojemniku na próbkę za pomocą końcówki do pipety.

Rozpocznij proces wstawiania próbki, klikając przycisk wstawiania próbki w konsoli systemowej DNP. W kreatorze próbek wybierz normalną próbkę i kliknij przycisk Dalej. Trzymając kubek na próbkę w pozycji pionowej, delikatnie umieść pręt wprowadzający na górze kubka na próbkę.

Po wyświetleniu monitu otwórz system DNP i włóż kubek do wkładki o zmiennej temperaturze za pomocą pręta wprowadzającego. Pociągnij za tłok na końcu pręta wprowadzającego próbkę, aby zwolnić próbkę we wkładce o zmiennej temperaturze. Wyjmij pręt wprowadzający próbkę z systemu i kliknij przycisk Dalej na konsoli systemowej DNP.

Następnie zainicjuj polaryzację, klikając przycisk próbki polaryzacji na konsoli systemowej DNP. W oprogramowaniu RINMR wpisz HYPERSENSENMR do oprogramowania monitorującego polaryzację. Ustaw konfigurację kompilacji na jedną i naciśnij enter.

Następnie kliknij solidną budowę. Po ustawieniu lokalizacji i nazwy pliku zapisu należy wybrać profil dla carbon 13 w rozwijanej zakładce na konsoli systemu DNP. Kliknij Dalej.

Zaznacz to pole, aby włączyć pobieranie próbek podczas gromadzenia. Ustaw czas próbkowania na 300 sekund i kliknij przycisk Zakończ. Na koniec odmierzyć 3,85 grama roztworu do rozpuszczania pod względem objętości za pomocą pięciomililitrowej strzykawki lub wagowo za pomocą skali.

Umieść fantom na środku magnesu z łatwym dostępem do przewodów wtryskowych. Upewnij się, że jest jakiś pojemnik do złapania płynu, który będzie odprowadzał się do przewodu wydechowego. Przygotuj mieszaninę enzymów o wysokiej aktywności, mieszając 240 mikrolitrów roztworu NADH, 125 mikrolitrów roztworu LDH i 335 mikrolitrów buforu.

Roztwór należy przechowywać w trzymililitrowej strzykawce, którą można podłączyć do linii iniekcyjnej. Następnie przygotuj mieszaninę enzymów o niskiej aktywności, mieszając ze sobą 240 mikrolitrów roztworu NADH, 75 mikrolitrów roztworu LDH i 385 mikrolitrów buforu. Mieszaninę tę należy przechowywać w oddzielnej trzymililitrowej strzykawce, którą można podłączyć do przewodu iniekcyjnego.

Aby przeprowadzić wstępne pozycjonowanie, załaduj nowy skan lokalizatora. Porusz cewką protonu, wybierając Acq/Reco. Wyświetl i otwórz platformę regulacyjną.

Na panelu dopasowania wybierz opcję Wobble Adjust (Regulacja chybotania) i kliknij przycisk ppen. Ustaw szerokość przeciągnięcia na dziesięć megaherców i kliknij przycisk Konfiguruj. Po chwili w oknie akwizycji powinny pojawić się strojenie i dopasowywanie cewek protonów.

Chwiej cewkę węglową, zmieniając element cewki na 13C lub element drugi i ustawiając szerokość przemiatania na pięć megaherców. Po chwili strojenie i dopasowywanie cewek węglowych powinno pojawić się w oknie akwizycji i jeśli są odpowiednio dostrojone, naciśnij stop. Aby powrócić do sterowania skanowaniem, naciśnij Zastosuj, a następnie z powrotem, a na końcu naciśnij Kontynuuj, aby rozpocząć skanowanie.

Bardzo ważne jest, aby skanowanie na tym etapie było w pełni skonfigurowane przed rozpoczęciem rozpuszczania. Po rozpoczęciu rozpuszczania nie należy go zatrzymywać, a dostosowanie parametrów sekwencji przed dostarczeniem hiperspolaryzowanego pirogronianu będzie miało niewiele czasu. Załaduj nowy skan spektroskopowego obrazowania planarnego echa radiowego.

Ustaw grubość plastra na 30 milimetrów tak, aby pokryć całą komorę reakcyjną. Ustaw tryb pracy na węgiel 13, wybierając zakładkę system i zmieniając tryb pracy na 13C odbiór transmisji. Gdy pirogronian osiągnie polaryzację większą niż 90%, roztwory i fantom są gotowe, a skanowanie jest skonfigurowane.

Kliknij przycisk uruchamiania rozpuszczania w konsoli systemowej DNP. Po wyświetleniu monitu przesuń patyczek do rozpuszczania do pozycji roboczej i wstrzyknij pożywkę do uwalniania. Zamknij system DNP i kliknij przycisk Gotowe w konsoli systemu DNP.

Ważne jest, aby wstrzykiwanie pirogronianu i enzymu odbywało się płynnie. Zapewni to, że mieszanina enzymów zostanie prawidłowo wymieszana i dostarczona do komory fantomowej przed zakończeniem konwersji chemicznej. Gdy system DNP dostarcza hiperspolaryzowany pirogronian, odsysaj 500 mikrolitrów roztworu pirogronianu do każdej ze strzykawek z roztworem o wysokim i niskim stężeniu enzymów.

Powoli wstrzykiwać każdą strzykawkę do linii iniekcyjnej. Skanowanie można rozpocząć przed wstrzyknięciem lub bezpośrednio po wstrzyknięciu, w zależności od zastosowanego protokołu skanowania. Po zakończeniu rozpuszczania przesuń drążek rozpuszczania z powrotem do pozycji spoczynkowej, gdy pojawi się monit, a następnie kliknij przycisk Zakończ.

Reprezentatywne wyniki sekwencji obrazowania spektralnego echo radiowego przedstawiono tutaj. Obraz pirogronianu pokazuje silny sygnał pirogronianu w obu komorach. Obraz mleczanu pokazuje słabszy sygnał mleczanu, ale nadal jest zlokalizowany w komorach.

Stosunek sygnału hiperspolaryzowanego mleczanu i pirogronianu można wykorzystać do oszacowania aktywności enzymu w każdej komorze. Proporcje sygnału w każdej komorze odpowiadają obecnej aktywności enzymu. Po opanowaniu tej techniki można ją wykonać w ciągu godziny.

Podczas wykonywania tej procedury należy pamiętać o przygotowaniu mieszaniny fantomowej i sekwencji obrazowania przed rozpoczęciem procesu rozpuszczania. Zgodnie z tą procedurą można zastosować inne hiperpolaryzowane czynniki i enzymy, aby odpowiedzieć na dodatkowe pytania, takie jak to, jak dobrze sekwencja może obrazować inne reakcje chemiczne. Technika ta toruje drogę naukowcom zajmującym się hiperspolaryzowanym rezonansem magnetycznym do badania wydajności sekwencji przy użyciu odtwarzalnych fantomów.

Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak przygotować mieszaninę enzymów, aby ułatwić konwersję hiperspolaryzowanego pirogronianu do mleczanu i spolaryzować pirogronian wzbogacony w węgiel 13 do obrazowania. Nie zapominaj, że praca z silnymi polami magnetycznymi może być niezwykle niebezpieczna i zawsze należy podjąć środki ostrożności, takie jak kontrolowany dostęp do pomieszczenia skanowania.