Name: O uso de um compartimento Multi-dinâmica única enzima Fantasma de Estudos de hyperpolarized agentes Ressonância Magnética (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-04-15T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 59 s
Description: Aprenda a medir a conversão de piruvato hiperpolarizado em lactato por ressonância magnética em ambiente fantasma controlado. Esta técnica simula processos metabólicos relevantes para o diagnóstico de câncer.

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

Este trabalho foi apoiado pela concessão CPRIT (RP140021-P5) e um prêmio Julia Jones Cancer Research Scholar Matthews CPRIT formação em investigação (RP140106, CMW).

NOTA: (Fantasma de Design) Dois 3 ml câmaras foram usinadas fora de Ultem e equipado com um tubo de PEEK (1,5875 milímetros OD e 0,762 mm de diâmetro) para injecção e de escape. As câmaras foram colocados num tubo de centrífuga de 50 ml cheia de água (Figura 1). Para evitar espaços vazios criados pelo sinal bolhas, as câmaras e as linhas foram pré cheia com água desionizada (dH2O). 1. Preparação de Soluções <ol><li> Prepare 1 litro solução tampão (Tris 81,3 mM pH 7,6, NaCl 203,3 mM). Pesar 11,38 g de Trizma cristais predefinidos pH 7,6 e 11,88 g de NaCl e dissolvem-se em 1 L de dH2O </li><li> Preparar solução de 50 mM de NADH. Pesar 17,8 mg de sal de dipotássio β-nicotinamida-adenina-dinucleótido (NADH), reduzida e dissolve-se em 280 ul de solução tampão que foi preparado no passo um. </li><li> Preparar solução de 250 U / ml de enzima. Pesar 78,75 unidades de actividade de lactato desidrogenase (LDH) e dissolve-se em 315 ul de tampão de step uma. </li><li> Prepare mistura de ácido pirúvico. Pesar 21,4 mg Ox063 radical tritilo e dissolve-se em 1,26 g (~ 1 ml) [1- 13 C] ácido pirúvico. </li><li> Prepare meio de dissolução (40 mM Tris pH 7,6, NaOH 40 mM, EDTA 0,27 mM e NaCl 50 mM). Pesar 5,96 g de Trizma cristais predefinidos pH 7,6, 1,6 g de NaOH, 0,1 g de ácido etilenodiaminotetracético di-hidratado sal dissódico (EDTA) e 2,9 g de NaCl e dissolvem-se em 1 L de dH2O </li><li> Preparar solução 1:10 gadoteridol (50 mM). Misture 1 ml de gadoteridol em 9 mL de dH 2 O. Preparação de 8 M de [13 C] ureia. Pesar 1,465 5 [13 C] ureia e dissolvem-se em 3 ml de dH 2 O. </li></ol> 2. Preparação de hyperpolarized Piruvato <ol><li> Em um copo de amostra de um sistema dinâmico de polarização Nuclear (DNP), pipeta de 0,3 ul da solução gadoteridol e 13 mg (~ 10 ul) da solução de ácido pirúvico. </li><li> Resumidamente agitar esta mistura no copo de amostra com a ponta da pipeta. &lt;/ Li&gt; <li> Insira amostras para o sistema DNP. <ol><li> Assegurar a porta do sistema de DNP é fechada. Iniciar o processo de inserção de amostra clicando no botão amostra inserção no console do sistema DNP. No assistente de amostra selecionar amostra normal e pressione próximo. </li><li> Mantendo o copo de amostra vertical, coloque delicadamente a haste de inserção sobre o topo do copo de amostra. Quando solicitado, abra o sistema DNP e inserir o copo na inserção de temperatura variável (VTI) com a cavilha de inserção. </li><li> Puxar o êmbolo na extremidade da vareta de inserção da amostra para libertar a amostra do índice de temperatura variável. Retire a vareta de inserção amostra do sistema e clique no botão junto no console do sistema DNP. </li></ol></li><li> Inicia-se a polarização. <ol><li> Clique no botão Iniciar polarização no console do sistema DNP. No RINMR tipo de software .HYPERSENSENMR para lançar polarização software de monitoramento. Definir construir configuração para 1 e pressione enter. Em seguida, clique construção sólida up. </li><li> Definir o local eo nome do arquivo salvo. Selecione o perfil de 13-C na queda de guia no console do sistema DNP para baixo e clique em Avançar. Marque a caixa para provar durante a preparação, tempo de amostra definida para 300 segundos e clique em Concluir. </li></ol></li><li> Medir-se 3,85 g (~ 4 ml) do meio de dissolução, quer por volume com uma seringa de 5 ml ou em peso, utilizando uma balança. </li></ol> 3. Preparação da Enzima Fantasma <ol><li> Encher um tubo de microcentrífuga com ~ 3 ml de [13 C] a solução de ureia e colocá-lo no tubo de centrífuga de 50 ml. Encha o tubo de centrífuga de 50 ml com dH 2 O. </li><li> Pré-preencher as duas câmaras de enzimas e as linhas com dH2O, injetando ~ 3 ml de dH2O para as linhas de injeção do fantasma, tendo o cuidado de lavar quaisquer bolhas formadas. </li><li> Coloque o fantasma no centro do magneto, com fácil acesso às linhas de injeção. Verifique se há algum recipiente para pegar o líquido que vai exalar para fora para t<html> ele linha de escape. </li><li> Prepare mistura de enzimas de alta atividade (NADH 17,14 mM, 44.57 U / ml LDH). Misture a solução NADH 240 ul, 125 ul de solução de LDH e 335 ul de tampão e manter-se em uma seringa de 3 ml, que pode ser ligado à linha de injecção. Observação: Uma vez combinados com os 500 ul de piruvato de 40 mm a partir do sistema de DNP, o volume fantasma final será de 1,2 ml com concentrações de piruvato 16,7 mM, NADH 10 mM, e 26 U L LDH de / em uma solução tamponada com Tris com pH ~ 7.5. </li><li> Prepare baixo mistura actividade enzima (17,14 mM de NADH 26,79 U / ml LDH) Misturar 240 ul de solução de NADH, 75 ul de solução de LDH e 385 ul de tampão e manter-se em separado uma seringa de 3 ml, que pode ser ligado à linha de injecção. Observação: Uma vez combinados com os 500 ul de piruvato 40 mM a partir do sistema de DNP o volume fantasma final será de 1,2 ml com concentrações de piruvato 16,7 mM, NADH 10 mM, e 15.625 U L LDH de / em uma solução tamponada com Tris com pH ~ 7,5 . </li></ol>jove_title &quot;&gt; 4. executar qualquer Quality Assurance (QA) e de posicionamento Scans <ol><li> posicionamento inicial. <ol><li> Carregar uma nova varredura posicionamento FLASH no modo de operação [1 H] TX / RX modo de Volume. Alterar criados dimensões a 2: Ferramenta de Controle Spectrometer -&gt; Editar GS -&gt; Configuração Dimensões -&gt; 2. Pressione GSP no Controle Spectrometer e mover phantom até centrado no ímã. Prima STOP, em seguida, pressione GOP sobre o Controle Spectrometer. </li></ol></li><li> Piloto Scan. <ol><li> Carregar uma nova varredura posicionamento TriPiolt no modo de operação [1 H] TX / RX modo de Volume. Posição Slice: Controle de Digitalização -&gt; Slice Tool-&gt; mover as fatias (segure M clique de tecla e arrasto; selecione fatia para mover-se com o controle deslizante pacote de fatia). </li><li> Wobble H bobina 1: Ferramenta de Controle Spectrometer -&gt; Acq -&gt; Wobble. Tune and match 1 H bobina atrás do ímã e pressione STOP. Enquanto mantém a tecla Shift pressione o semáforo na janela de controle de digitalização. </li></ol></li></ol><pclass = &quot;jove_title&quot;&gt; 5. Setup Radial eco Planar espectral de imagem de digitalização <ol><li> Carregar um planar echo imagens espectroscópicas nova radial (radEPSI) digitalizar no modo de operação [13 C] TX / RX modo de Volume. Posição Slice: Slice Tool no controlo de digitalização e mover as fatias (segure M clique de tecla e arrasto; selecione fatia para mover-se com o controle deslizante pacote de fatia). </li><li> Wobble 13 C bobina clicando Ferramenta de Controle Spectrometer -&gt; Acq -&gt; Wobble. Defina o ganho do receptor para 1000-2000 na Spectrometer. </li><li> Realizar a verificação final do sistema. Dependendo da sequência, observar o sinal de carbono 13 da câmara de ureia num protocolo de batedor. NOTA: Isso garante que o sistema está configurado corretamente antes de iniciar o processo de dissolução irreversível. </li></ol> 6. Run Dissolução <ol><li> Quando o piruvato alcançou&gt; 90% de polarização (~ 1 hora), as soluções e phantom estão prontos, ea digitalização é configurado clique no botão de execução dissolução na sy DNP-tronco console. </li><li> Quando solicitado mover a alavanca de dissolução em posição de funcionamento e injetar meios de dissolução. Feche o sistema de DNP e clique no botão acabado no console do sistema DNP. Mova vara dissolução de volta à posição de repouso quando solicitado, em seguida, clique em Concluir. </li><li> Quando o sistema proporciona o DNP piruvato hiperpolarizado (~ 2 min após o início do aquecimento) retirar a 500 ul da solução de piruvato para cada uma das seringas solução de alta e baixa concentração de enzima. Lentamente (~ 10 seg) injectar cada seringa para uma linha de injecção. Nota: A digitalização pode ter sido iniciada antes da injecção ou a qualquer momento se a injecção de pós 3 minutos, dependendo do protocolo de verificação utilizado. </li></ol> Processamento 7. Imagem NOTA: Este simulador foi projetado para uso com muitas estratégias de imagem. Ver Figura 2, como um exemplo de como as imagens Rad-Epsi foram processados ​​usando Matlab. <ol><li> Carregar dados brutos a partir do arquivo FID. Reshape os dados para coincidir com o número de projeções, leu pontos, ecos e conta para os dados armazenados como pares reais e imaginários. Separar os pontos de eco pares e ímpares. </li><li> Transformada de Fourier, quer os ecos pares ou ímpares ao longo das dimensões de eco. identificar visualmente as faixas de frequências para piruvato e lactato. Para simplicidade foi utilizado o valor absoluto do espectro. </li><li> Separe cada banda metabólito e transformada de Fourier ao longo da direção de codificação de frequência para produzir sinograms isoladas para cada metabólito. radon inversa transformar as sinograms separadas para produzir uma imagem de lactato ou piruvato. </li></ol>

<ol><li>Merritt, M. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperpolarized+13C+allows+a+direct+measure+of+flux+through+a+single+enzyme-catalyzed+step+by+NMR%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America+104%22%5BJournal%5D)">Hyperpolarized 13C allows a direct measure of flux through a single enzyme-catalyzed step by NMR.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 104. 104, 19773-19777 (2007).</li>
<li>Rodrigues, T. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetic+resonance+imaging+of+tumor+glycolysis+using+hyperpolarized+13C-labeled+glucose%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+medicine%22%5BJournal%5D)">Magnetic resonance imaging of tumor glycolysis using hyperpolarized 13C-labeled glucose.</a> Nature medicine. 20, 93-97 (2014).</li>
<li>Day, S. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detecting+tumor+response+to+treatment+using+hyperpolarized+13C+magnetic+resonance+imaging+and+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+medicine%22%5BJournal%5D)">Detecting tumor response to treatment using hyperpolarized 13C magnetic resonance imaging and spectroscopy.</a> Nature medicine. 13, 1382-1387 (2007).</li>
<li>Keshari, K. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperpolarized+13C+dehydroascorbate+as+an+endogenous+redox+sensor+for+in+vivo+metabolic+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Hyperpolarized 13C dehydroascorbate as an endogenous redox sensor for in vivo metabolic imaging.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108, 18606-18611 (2011).</li>
<li>Gallagher, F. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetic+resonance+imaging+of+pH+in+vivo+using+hyperpolarized+13C-labelled+bicarbonate%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Magnetic resonance imaging of pH in vivo using hyperpolarized 13C-labelled bicarbonate.</a> Nature. 453, 940-943 (2008).</li>
<li>Larson, P. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigation+of+tumor+hyperpolarized+%5B1-13C%5D-pyruvate+dynamics+using+time-resolved+multiband+RF+excitation+echo-planar+MRSI%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+resonance+in+medicine+%3A+official+journal+of+the+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine+%2F+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Investigation of tumor hyperpolarized [1-13C]-pyruvate dynamics using time-resolved multiband RF excitation echo-planar MRSI.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 63, 582-591 (2010).</li>
<li>Cunningham, C. H., Dominguez Viqueira, W., Hurd, R. E., Chen, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Frequency+correction+method+for+improved+spatial+correlation+of+hyperpolarized+13C+metabolites+and+anatomy%5BTitle%5D)+AND+%22NMR+in+biomedicine%22%5BJournal%5D)">Frequency correction method for improved spatial correlation of hyperpolarized 13C metabolites and anatomy.</a> NMR in biomedicine. 27, 212-218 (2014).</li>
<li>Larson, P. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fast+dynamic+3D+MR+spectroscopic+imaging+with+compressed+sensing+and+multiband+excitation+pulses+for+hyperpolarized+13C+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+resonance+in+medicine+%3A+official+journal+of+the+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine+%2F+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Fast dynamic 3D MR spectroscopic imaging with compressed sensing and multiband excitation pulses for hyperpolarized 13C studies.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 65, 610-619 (2011).</li>
<li>Mayer, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Application+of+subsecond+spiral+chemical+shift+imaging+to+real-time+multislice+metabolic+imaging+of+the+rat+in+vivo+after+injection+of+hyperpolarized+13C1-pyruvate%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+resonance+in+medicine+%3A+official+journal+of+the+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine+%2F+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Application of subsecond spiral chemical shift imaging to real-time multislice metabolic imaging of the rat in vivo after injection of hyperpolarized 13C1-pyruvate.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 62, 557-564 (2009).</li>
<li>Walker, C. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Catalyzing+Phantom+for+Reproducible+Dynamic+Conversion+of+Hyperpolarized+%5B1-C-13%5D-Pyruvate%5BTitle%5D)+AND+%22PloS+one%22%5BJournal%5D)">A Catalyzing Phantom for Reproducible Dynamic Conversion of Hyperpolarized [1-C-13]-Pyruvate.</a> PloS one. 8, e71274(2013).</li>
<li>Levin, Y. S., Mayer, D., Yen, Y. F., Hurd, R. E., Spielman, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimization+of+fast+spiral+chemical+shift+imaging+using+least+squares+reconstruction%3A+application+for+hyperpolarized+%2813%29C+metabolic+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+resonance+in+medicine+%3A+official+journal+of+the+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine+%2F+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Optimization of fast spiral chemical shift imaging using least squares reconstruction: application for hyperpolarized (13)C metabolic imaging.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 58, 245-252 (2007).</li>
<li>von Morze, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+multiagent+hyperpolarized+%2813%29C+perfusion+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+resonance+in+medicine+%3A+official+journal+of+the+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine+%2F+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Simultaneous multiagent hyperpolarized (13)C perfusion imaging.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 72, 1599-1609 (2014).</li>
<li>Sogaard, L. V., Schilling, F., Janich, M. A., Menzel, M. I., Ardenkjaer-Larsen, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vivo+measurement+of+apparent+diffusion+coefficients+of+hyperpolarized+%281%29%283%29C-labeled+metabolites%5BTitle%5D)+AND+%22NMR+in+biomedicine%22%5BJournal%5D)">In vivo measurement of apparent diffusion coefficients of hyperpolarized (1)(3)C-labeled metabolites.</a> NMR in biomedicine. 27, 561-569 (2014).</li>
<li>Patrick, P. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detection+of+transgene+expression+using+hyperpolarized+13C+urea+and+diffusion-weighted+magnetic+resonance+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+resonance+in+medicine+%3A+official+journal+of+the+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine+%2F+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Detection of transgene expression using hyperpolarized 13C urea and diffusion-weighted magnetic resonance spectroscopy.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 73, 1401-1406 (2015).</li>
</ol>

A publicação deste vídeo-artigo é apoiado por Bruker corporação.

imagens em tempo real de metabólitos hiperpolarizados tem muitos desafios únicos para o projeto de sequência, validação e controle de qualidade. A capacidade de resolver a heterogeneidade espaço-temporal e espectral oferece potencial clínico substancial, mas opõe-se a métodos de controle de qualidade e validação associados com a RM convencional. sequências de imagens complexas ou algoritmos de reconstrução pode ter dependências sutis que os tornam difíceis de caracterizar ou validar fora da experiência de imagem. Hetero...

O impacto clínico da ressonância magnética hyperpolarized (MRI) de 13 compostos C-rotulados é criticamente dependente da sua capacidade de medir as taxas de conversão química através de tempo real de ressonância magnética e espectroscopia espectroscopia de imagem 1-5. Durante o desenvolvimento e sequência de verificação, de conversão química dinâmica é geralmente conseguida através do in vivo ou in vitro modelos 6-9 que oferecem controlo limitado e reprodutibilidade. Para o ensaio robusto e de garantia de qualidade, um sistema mais controlado que preserva a conversão química endémica para esta medição seria preferido. Nós descrevem um método para alcançar essa conversão de uma forma reproduzível usando um único fantasma enzima dinâmico. A maioria dos estudos com agentes hiperpolarizados 13 C concentrar em imagiologia de substratos hiperpolarizados num ambiente biológico em funcionamento. Esta é a escolha óbvia se o objetivo é estudar biológicaal processa ou determinar o potencial de impacto sobre cuidados clínicos. No entanto, se a caracterização de algum algoritmo de processamento de sistema de medição ou de dados é desejada, modelos biológicos têm inúmeras desvantagens, tais como variabilidade espacial e temporal inerente 10. No entanto, fantasmas estáticos convencionais não têm a conversão química que conduz o interesse clínico primário em MRI de substratos hiperpolarizados, e não pode ser utilizado para caracterizar a detecção das taxas de conversão e outros parâmetros dinâmicos 11. Usando um único sistema enzimático que possamos fornecer conversão química controlável e reprodutível, permitindo uma análise rigorosa das estratégias de imagem dinâmicos. Este sistema é dirigido aos investigadores que estão a desenvolver estratégias de imagem para substratos hiperpolarizados e desejam para caracterizar o desempenho para comparação com abordagens alternativas. Se as medições estáticas são o ponto final desejado, em seguida, estático 13 metabólito labled-C fantasmas wivai bastar 11. Na outra extremidade se mais caracterização biológica complexa é crítico para o método (a entrega, a densidade celular, etc), então os modelos biológicos reais será necessário 14/12. Este sistema é ideal para a avaliação das estratégias de imagem que visam fornecer uma medida quantitativa das taxas de conversão química aparentes.

<table><tbody><tr><td>Scanner de ressonância magnética pré-clínica</td> <td>BioSpect 7T</td><td>Bruker</td><td>BioSpec 70/30 USR</td> 7 Tesla</tr><tr><td>HyperSense</td><td>Oxford Instruments</td><td>Hypersense DNP Polarizer</td><td>Polarizador Nuclear Dinâmico para agentes de ressonância magnética</td></tr><tr><td>1-13C-Pyrvic Acid</td><td>Sigma Aldrich</td><td>677175</td><td>Carbon 13 ácido pirúvico puro rotulado</td></tr><tr><td>Trityl Radical</td><td>GE Healthcare</td><td>OX063</td><td>Radical livre usado em Polarização Nuclear Dinâmica</td></tr><tr><td>NaOH</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S8045</td><td></td></tr><tr><td>EDTA</td><td>Sigma Aldrich</td><td>E6758</td><td>Ácido etilenodiaminotetracético</td></tr><tr><td>LDH</td><td>Worthingthon</td><td>LS002755</td><td>Lactato Desidrogenase do músculo de coelho</td></tr><tr><td>NADH</td><td>Sigma Aldrich</td><td>N4505</td><td>&beta;-Nicotinamida adenina dinucleotídeo, sal dipotássico reduzido</td></tr><tr><td>Trizma</td><td>Sigma Aldrich</td><td>T7943</td><td>Trizma Cristais pré-definidos</td></tr><tr><td>NaCl</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S7653</td><td></td></tr></tbody></table>

o uso de um compartimento multi-dinâmica única enzima fantasma de estudos de hyperpolarized agentes ressonância magnética

Use of a Multi-compartment Dynamic Single Enzyme Phantom for Studies of Hyperpolarized Magnetic Resonance Agents

Imagiologia de substratos hiperpolarizados por ressonância magnética mostra uma grande promessa clínica para avaliação de processos bioquímicos críticos em tempo real. Devido a restrições fundamentais impostas pelo estado hiperpolarizado, técnicas de imagem e reconstrução exóticas são comumente usados. Um sistema prático para a caracterização de, métodos de imagem multi-espectral dinâmicos é extremamente necessárias. Este sistema deve reproducibly recapitular a dinâmica químicos relevantes dos tecidos normais e patológicos. O substrato mais amplamente utilizado para data é hyperpolarized [1- 13 C] -pyruvate para avaliação do metabolismo do câncer. Descreve-se um sistema de fantasma à base de enzima que medeia a conversão de piruvato em lactato. A reacção é iniciada pela injecção do agente de hiperpolarizado em câmaras múltiplas dentro do fantasma, cada um dos quais contém diferentes concentrações de reagentes que controlam a velocidade de reacção. Vários compartimentos são necessárias para garantir que imasequências ging fielmente capturar a heterogeneidade espacial e metabólica do tecido. Este sistema vai ajudar o desenvolvimento ea validação de estratégias avançadas de imagem, fornecendo dinâmica química que não estão disponíveis a partir de fantasmas convencionais, bem como controle e reprodutibilidade que não é possível in vivo.

imagens 2D fatia selectivos foram adquiridos utilizando uma sequência instantâneo radEPSI. imagens de metabólitos foram reconstruídos usando filtrada volta projeção. As imagens metabolito foram bem alinhados com as imagens de protões, como se vê na Figura 2. Nesta sinal lactato hyperpolarized sistema só pode ser gerado a partir da conversão enzimática de piruvato hiperpolarizado. Na Figura 4, a câmara de fundo, com a maior concentração de LDH, tem uma fo...

Um simulador dinâmico multicompartimental é usado para simular alguma biologia de interesse para estudos metabólicos usando agentes de ressonância magnética hiperpolarizada.

O uso de um compartimento Multi-dinâmica única enzima Fantasma de Estudos de hyperpolarized agentes Ressonância Magnética

Imaging of hyperpolarized substrates by magnetic resonance shows great clinical promise for assessment of critical biochemical processes in real time. Due ...

O objetivo geral deste procedimento é medir a conversão de piruvato hiperpolarizado em lactato por meio de imagem por ressonância magnética ou MRI em um ambiente de fantoma controlado. Este método pode ajudar a responder perguntas fundamentais na área de MRI hiperpolarizada, como a capacidade de um sistema em detectar a conversão química de piruvato por ressonância magnética. A principal vantagem desta técnica é que a conversão química do piruvato ocorre de maneira semelhante ao metabolismo in vivo, mas é mais controlável e repetível do que em sistemas vivos.As implicações dessa técnica estendem-se ao diagnóstico de câncer, pois o ambiente simulado reproduz a conversão elevada de piruvato em lactato, comum na maioria dos cânceres. Embora este método possa fornecer informações sobre o câncer, ele também pode ser aplicado a outras imagens metabólicas, como o metabolismo cardíaco. Geralmente, indivíduos novos nesta técnica podem ter dificuldades, pois as restrições de tempo inerentes aos meios hiperpolarizados são curtas.A demonstração visual deste método é essencial, pois as etapas de dissolução e ejeção são difíceis de aprender, já que precisam ocorrer rapidamente e devem ser realizadas com precisão. Em um copo de amostra para um sistema de polarização nuclear dinâmica ou DNP, pipete 0,3 microlitros da solução de gadoteridol e 13 miligramas da solução de ácido pirúvico. Agite brevemente esta mistura no copo de amostra com a ponta de uma pipeta.Inicie o processo de inserção da amostra clicando no botão inserir amostra no console do sistema DNP. No assistente de amostra, selecione amostra normal e clique em próximo. Mantendo o copo da amostra na vertical, coloque suavemente a haste de inserção sobre a parte superior do copo da amostra.Quando solicitado, abra o sistema DNP e insira o copo no inserto de temperatura variável utilizando a haste de inserção. Puxe o êmbolo na extremidade da haste de inserção da amostra para liberar a amostra no inserto de temperatura variável. Remova a haste de inserção da amostra do sistema e clique no botão seguinte no console do sistema DNP.Em seguida, inicie a polarização clicando no botão polarizar amostra no console do sistema DNP. No software RINMR, digite HYPERSENSENMR no software de monitoramento de polarização. Configure a configuração de acumulação para um e pressione enter.Em seguida, clique em acumulação sólida. Após definir o local e o nome do arquivo de salvamento, selecione o perfil para carbono 13 na guia suspensa no console do sistema DNP. Clique em próximo.Marque a caixa para habilitar a amostragem durante o acúmulo. Defina o tempo de amostragem como 300 segundos e clique em finalizar. Por fim, meça 3,85 gramas do meio de dissolução, seja por volume com uma seringa de cinco mililitros, seja por peso utilizando uma balança.Posicione o fantasma no centro do ímã com fácil acesso às linhas de injeção. Certifique-se de que haja um recipiente para coletar o líquido que será liberado pela linha de exaustão. Prepare a mistura enzimática de alta atividade misturando 240 microlitros de solução de NADH, 125 microlitros de solução de LDH e 335 microlitros de tampão.Mantenha a solução em uma seringa de três mililitros que possa ser conectada à linha de injeção. Em seguida, prepare a mistura de enzima de baixa atividade misturando 240 microlitros da solução de NADH, 75 microlitros da solução de LDH e 385 microlitros de tampão. Mantenha esta mistura em uma seringa separada de três mililitros que possa ser conectada à linha de injeção.Para realizar o posicionamento inicial, carregue um novo exame localizador. Balanceie a bobina de prótons selecionando Aquisição/Reconstrução. Exiba e abra a plataforma de ajuste.No painel de ajuste, selecione Ajuste Wobble e clique em Abrir. Defina a largura de varredura em dez megahertz e clique em Configurar. Após um momento, a sintonia e o casamento de impedância das bobinas de prótons devem aparecer na janela de aquisição.Balanceie a bobina de carbono alterando o elemento da bobina para 13C ou elemento dois e ajustando a largura de varredura para cinco megahertz. Após um momento, o ajuste de sintonia e casamento da bobina de carbono deverá aparecer na janela de aquisição e, se sintonizado corretamente, pressione parar. Para retornar ao controle de varredura, pressione aplicar, depois voltar e, finalmente, pressione continuar para iniciar a varredura.É fundamental que a aquisição nesta etapa seja totalmente configurada antes de iniciar a dissolução. Após o início da dissolução, ela não deve ser interrompida e haverá pouco tempo para ajustar os parâmetros da sequência antes da entrega da piruvato hiperpolarizado. Carregue um novo plano de eco de rádio com imagem espectroscópica por plano de eco.Defina a espessura do corte em 30 milímetros para cobrir toda a câmara de reação. Defina o modo de operação em carbono 13 selecionando a guia do sistema e alterando o modo de operação para transmissão/recepção em 13C. Uma vez que a piruvato tenha atingido uma polarização superior a 90%, as soluções e o fantasma estarão prontos e a aquisição estará configurada.Clique no botão iniciar dissolução no console do sistema DNP. Quando solicitado, mova a haste de dissolução para sua posição de operação e injete o meio de dissolução. Feche o sistema DNP e clique no botão finalizado no console do sistema DNP.É importante que a injeção do piruvato e da enzima seja feita de forma suave. Isso garantirá que a mistura enzimática seja adequadamente homogeneizada e entregue à câmara do fantoma antes de a conversão química ser concluída. Quando o sistema DNP entrega o aspirado de piruvato hiperpolarizado, transfere 500 microlitros da solução de piruvato para cada uma das seringas contendo soluções com alta e baixa concentração de enzima.Injete lentamente cada seringa em uma linha de injeção. A varredura pode ser iniciada antes da injeção ou imediatamente após, dependendo do protocolo de varredura utilizado. Após a dissolução ser concluída, mova a haste de dissolução de volta para a posição de repouso quando solicitado e, em seguida, clique em finalizar.Resultados representativos de uma sequência de imagem espectral por eco de rádio plano são mostrados aqui. A imagem de piruvato mostra o forte sinal de piruvato em ambas as câmaras. A imagem de lactato mostra um sinal de lactato mais fraco, mas ainda está localizado nas câmaras.A razão do sinal de lactato e piruvato hiperpolarizados pode ser usada para estimar a atividade enzimática em cada câmara. As razões de sinal em cada câmara correspondem à atividade enzimática presente. Após dominada, esta técnica pode ser realizada em uma hora.Ao realizar este procedimento, é importante lembrar-se de ter a mistura do fantoma e a sequência de aquisição prontas antes de iniciar o processo de dissolução. Seguindo este procedimento, outros agentes hipercorrelacionados e enzimas podem ser utilizados para responder a questões adicionais, como a eficácia com que uma sequência pode imagens outras reações químicas. Esta técnica abre caminho para que pesquisadores na área de ressonância magnética hipercorrelacionada explorem o desempenho de sequências utilizando fantomas reproduzíveis.Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como preparar uma mistura enzimática para facilitar a conversão de piruvato hiperpolarizado em lactato e para polarizar piruvato enriquecido com carbono 13 para imageamento. Não se esqueça de que trabalhar com campos magnéticos intensos pode ser extremamente perigoso e que precauções, como acesso controlado à sala de exame, devem ser sempre adotadas.

use-multi-compartment-dynamic-single-enzyme-phantom-for-studies

Research

JoVE Journal

Engineering

Engenharia

A produção de xénon hiperpolarizado através da troca de spin bombeamento óptico (Seop) é descrita. Este método produz um realce ~ 10000 vezes da polarização do spin nuclear do Xe-129 e tem aplicações em espectroscopia de ressonância magnética nuclear e de imagem. Exemplos de fase gasosa e em solução são as experiências de estado dado.

Xenon hiperpolarizada para RMN e Aplicações de ressonância magnética

doenças neuromusculares geralmente exibem um temporalmente variando patologia, espacialmente heterogêneo e multifacetado. O objetivo deste protocolo é caracterizar esta patologia utilizando métodos de ressonância magnética não-invasivos.

Quantitativa Ressonância Magnética da doença do músculo esquelético

O aumento da sensibilidade proporcionado pela polarização nuclear dinâmica de dissolução (DNP) permite acompanhar os processos metabólicos em tempo real por RMN e RM. As características e desempenhos de uma configuração DNP de dissolução dedicada projetada para estudar reações enzimáticas são discutidas.

Dissolução dinâmico Nuclear Polarização Instrumentação para em tempo real enzimática Reaction Taxa de Medições por RMN

Um novo método de ressonância paramagnética eletrônica (EPR), rápidas digitalização EPR (RS-EPR), é demonstrado para 2D imagens espaciais espectral, que é superior à técnica tradicional de onda contínua (CW) e abre novos espaços para imagiologia in vivo. Os resultados são demonstrados a 250 MHz, mas a técnica é aplicável em qualquer frequência.

Rápida digitalização ressonância paramagnética eletrônica abre novos caminhos para criação de imagens fisiologicamente parâmetros importantes<em&gt; In Vivo</em

A polarização nuclear dinâmica com subsequente dissolução da amostra permitiu estudos em tempo real do metabolismo em sistemas biológicos. O piruvato de [1-13C]hiperpolarizado foi usado para estudar a atividade da lactato desidrogenase em uma linhagem celular de carcinoma de próstata in vitro.

hiperpolarizado 13 C Metabolic Espectroscopia de Ressonância Magnética e imagem

O objetivo deste trabalho é descrever um protocolo para a criação de um fantasma gordo-água prático que pode ser personalizado para produzir espectros com diferentes porcentagens de gordura e volumes.

Phantoms de gordura-água para validação de ressonância magnética: um protocolo flexível e escalável

Nós apresentamos um protocolo para medir a dependência do campo magnético do tempo do abrandamento da girar-estrutura de 13C-compostos enriquecidos, hyperpolarizado por meio da polarização nuclear dinâmica, usando o relaxometry Field-Cycled rápido. Especificamente, temos demonstrado isso com [1-13C] piruvato, mas o protocolo pode ser estendido para outros substratos hiperpolarizados.

Medindo a dependência do campo magnético do abrandamento da girar-estrutura de Hyperpolarizado [1-13C] piruvato

Descrevemos uma configuração experimental para administrar metabólitos hiperpolarizados marcados com 13C no modo de perfusão contínua a um coração de rato perfundido isolado. Uma abordagem dedicada à aquisição de 13C-NMR permitiu a quantificação da atividade enzimática metabólica em tempo real, e uma análise multiparamétrica de 31P-NMR permitiu a determinação do conteúdo de ATP tecidual e do pH.

Investigando o Metabolismo Cardíaco no Coração de Rato Perfundido Isolado com Piruvato Hiperpolarizado [1-13C]Piruvato e Espectroscopia de RMN 13C/31P

Aqui, apresentamos um protocolo para obtenção de imagens de ressonância magnética hiperpolarizada de alta qualidade de xenônio-129, abrangendo hardware, software, aquisição de dados, seleção de sequência, gerenciamento de dados, utilização do espaço k e análise de ruído.

Solução de problemas e garantia de qualidade em imagens de ressonância magnética de xenônio hiperpolarizado: ferramentas para aquisição de imagens de alta qualidade

Este protocolo integra um sistema de biorreator personalizado com espectroscopia de RMN ¹³C hiperpolarizada para medir o metabolismo do piruvato em tempo real em células vivas, melhorando a reprodutibilidade e a precisão cinética para estudos metabólicos e aplicações de triagem de medicamentos.

Detecção metabólica em tempo real em células vivas usando RMN hiperpolarizada de 13C

Aprenda a medir a conversão de piruvato hiperpolarizado em lactato por ressonância magnética em ambiente fantasma controlado. Esta técnica simula processos metabólicos relevantes para o diagnóstico de câncer.

O uso de um compartimento Multi-dinâmica única enzima Fantasma de Estudos de hyperpolarized agentes Ressonância Magnética

Explorar mais vídeos