Неинвазивная В Vivo Маленькое Существо МРТ и МРС: Основные экспериментальные процедуры

Для начала эксперимента мышь, находящуюся под воздействием анестетика, помещают в держатель для животных, который затем вставляют в радиочастотную (РЧ) катушку. Перед проведением МРТ или МР-спектроскопии РЧ-катушку настраивают на резонансную частоту и согласовывают с характеристическим импедансом 50 Ом. Далее, после оптимизации импульсной последовательности, проводят сбор данных МРТ или МР-спектроскопии, после чего полученные изображения или спектры анализируют с помощью программ для анализа.

Здравствуйте, я Дон Ли из научно-исследовательской лаборатории R кафедры радиологии Вашингтонского университета. А я Дэвид Сенек, также из научно-исследовательской лаборатории R, а также с кафедр радиологии и биоинженерии Вашингтонского университета. Сегодня мы продемонстрируем вам процедуру проведения магнитно-резонансной томографии и магнитно-резонансной спектроскопии у мышей.

В нашей лаборатории мы используем эти процедуры для изучения моделей опухолей у мышей, мышечной дистрофии и метаболизма мышц. Итак, приступим. Данный протокол не ставит целью охватить все аспекты МРС (магнитного резонанса) для мелких животных, а призван познакомить с базовыми процедурами проведения экспериментов по МРС на мышах.

Цель данной работы — дать более глубокое понимание основных процедур проведения экспериментов по МРТ in vivo на мелких животных, чтобы исследователи, только начинающие работу в области МРТ, могли более эффективно планировать компоненты своих исследований, не связанные с МРТ. Таким образом, в конечном итоге процедуры МРТ и сопутствующие методы могут быть бесшовно интегрированы. Для начала подготовки к эксперименту по магнитно-резонансной томографии (МРТ) поместите мышь, находящуюся под воздействием изофлурана, в держатель для животных, вставив нос животного в носовой конус.

Для визуализации головы можно использовать фиксатор головы, а для визуализации тела — держатель для тела. Поддерживайте влажность глаз животного, используя стерильную увлажняющую глазную мазь.

В течение эксперимента животное следует содержать при температуре от 35 до 37 °C в системе циркуляции теплой воды. Система мониторинга животного используется как для контроля температуры тела, дыхания и сердечного цикла, так и для синхронизации дыхательного и сердечного гейтинга с получением изображений. Затем поместите рядом с животным стандартный образец агар-агароза для мониторинга резкого изменения сигнала.

Данный стандартный сельскохозяйственный образец особенно полезен для многослойной визуализации и получения снимков в нескольких временных точках. Если в одном из полученных срезов обнаруживается неожиданное изменение сигнала, этот срез можно исключить. После того как животное надежно зафиксировано и все компоненты мониторинга установлены, поместите держатель для животного в центр радиочастотной (РЧ) катушки.

Перенесите РЧ-катушку в помещение с магнитом и установите ее в систему циркуляции теплой воды, расположенную внутри магнита. Теперь начните сбор данных МРТ. Во время сканирования установите расходомер на значение от 0,4 до 0,8 мл/мин и снизьте мощность испарителя изотопа фтора до 1,2–1,5%. Выдыхаемый газ, выходящий из носового конуса мыши, удаляется с помощью встроенной вакуумной системы.

Для оптимизации приема сигнала настройте РЧ-катушку на резонансную частоту протона H one и согласуйте характеристический импеданс катушки с 50 ohm. При использовании панели настройки МР-сканера большинство МРТ-сканеров для людей не требуют отдельного процесса согласования, за исключением процедур MRS. Начните шиммирование, используя одноимпульсную последовательность.

Процесс шиммирования оптимизирует однородность магнитного поля в исследуемой области. Каждый сканер имеет свои особенности выполнения процесса шиммирования, включая автоматические режимы быстрого шиммирования, такие как fast map и градиентное шиммирование. После завершения шиммирования оптимизируйте радиочастотный (РЧ) импульс.

Путем максимизации одномерного профиля изображения. Мощности РЧ-импульсов могут быть подобраны в виде ряда при сохранении постоянной длительности импульса и обеспечении достаточно длительного времени восстановления. TR должно быть примерно в три-пять раз больше T1 ткани; следует получить скаут-изображения в трех ортогональных проекциях для создания аксиальных, корональных и сагиттальных срезов.

Для получения скаут-изображений можно использовать последовательность с быстрым сбором данных. Полученные изображения будут использованы для планирования основного сканирования с определением плоскостей визуализации. При непосредственном проведении исследования используется спин-эхо последовательность.

Измерения T2 можно проводить либо с помощью многоэховой визуализации, либо с использованием одноэховой визуализации с несколькими значениями T. Завершив эксперимент по МРТ, перейдем к магнитно-резонансной спектроскопии (МРС) in vivo скелетных мышц задних конечностей мыши для определения показателей митохондриального синтеза АТФ в состоянии покоя и при максимальной нагрузке. Скорость продукции АТФ может быть определена с помощью МРС путем измерения изменений уровня фосфокреатинина во время и непосредственно после ишемии.

Начните с изготовления манжеты для индукции обратимой ишемии. Возьмите отрезок ПВХ-трубки шириной примерно от пяти до семи миллиметров и внутренним диаметром от 12 до 15 миллиметров. Просверлите в стенке небольшое отверстие, отрежьте часть воздушного шарика так, чтобы он был открыт с обоих концов.

Лучше всего использовать воздушные шары высокого качества для гелия. Проденьте этот фрагмент через ПВХ-трубку и оберните его обратно. Склейте концы скотчем на внешней стенке ПВХ-трубки.

Затем используйте термоусадочную пленку, чтобы герметизировать концы баллона вокруг трубки. В результате должна получиться манжета с жесткой внешней стенкой и надувной внутренней стенкой. Вырежьте участок термоусадочной пленки и баллона вокруг резьбового отверстия.

Продев кусочек неферромагнитного металла длиной 1,5 сантиметра в отверстие в ПВХ, следите за тем, чтобы между отверстием и краем детали из ПВХ оставалось достаточно материала. Это позволит надуть манжету. Герметизируйте данную область с помощью пятиминутного эпоксидного клея.

Теперь закрепите манжету рядом с РЧ-катушкой в МР-зонде и подключите ее к внешнему сигн. манометру. Поместите анестезированную мышь в МР-зонд, положив ее на спину на поддержку для мышей.

Поместите заполненный жидкостью баллон на вентральную сторону мыши и зафиксируйте его с помощью поддерживающих ремней. Поместите мышь и систему поддержки тела в катушку для MRS. Проденьте одну заднюю конечность через ишемическую манжету и катушку MRS.

Лапу следует максимально центрировать в катушке. Такое расположение позволяет поместить тело животного горизонтально. В вертикальном магнитном сканере поместите корпус зонда в магнит, выполните настройку, согласование и шиммирование для оптимизации отношения сигнал/шум МРС, как описано для МРТ, за исключением того, что в МРС РЧ-импульс оптимизируется путем максимизации амплитуды спектра.

Теперь используйте ${31}$P MRS для получения спектров с высоким соотношением сигнал/шум в состоянии полного расслабления или FRS для определения соотношений неорганического фосфата и фосфокреатина к TP в условиях полного расслабления. Для проведения эксперимента с ишемией сначала зарегистрируйте спектры в состоянии покоя в течение примерно пяти минут. Затем вызовите ишемию, накачав манжету до 270–300 мм рт ст на 10–12 минут.

Ослабьте манжету и регистрируйте спектры восстановления в течение пяти минут. Эксперименты можно повторять в последующие дни. Теперь мы представим репрезентативные результаты МРТ и МРС in vivo.

У мыши линии nude на спине находится ксенотрансплантат опухоли головного мозга D 2 82; визуализация проводилась с использованием стандартной спин-эхо последовательности с различными эффектами релаксации. На T1-взвешенном изображении опухоль имеет интенсивность сигнала, схожую с интенсивностью прилегающей ткани. В то же время на соответствующем T2-взвешенном изображении опухоль четко визуализируется как гиперинтенсивная область.

Сбор данных с множественным эхо-сигналом позволяет рассчитать карту T2, содержащую количественную информацию об изменении T2 в организме животного. Региональные изменения T2 в области опухоли можно отслеживать в динамике на совмещенном изображении. Здесь представлен полностью релаксированный спектр 31P МР-спектроскопии задней конечности мыши.

Этот спектр представляет собой сумму 16 свободных индукционных интервалов (fis). Порядок пиков слева направо соответствует следующим метаболитам мышц: неорганическому фосфату pi, фосфокреатину PCR и фосфатам ATP (гамма, альфа и бета). Показаны спектры 31P MRS, полученные на протяжении всего динамического эксперимента по ишемии-реперфузии: во время ишемии уровень PCR снижается, а уровень PI растет. Скорость снижения PCR во время ишемии равна скорости продукции митохондриального ATP в состоянии покоя.

Восстановление уровня PCr после ишемии может быть использовано для расчета максимальной выработки митохондриального ATP. Мы только что продемонстрировали вам способ получения изображений мыши in vivo и измерения метаболизма мышц мыши in vivo с помощью магнитно-резонансной спектроскопии и магнитно-резонансной томографии. Для МР-спектроскопии мы изготовили специальную РЧ-катушку, которая позволяет удерживать тело мыши в горизонтальном положении в вертикальном отверстии магнита.

Таким образом, данные эксперименты могут быть проведены на любой вертикальной системе с широкой апертурой. При выполнении данной процедуры важно помнить о необходимости обеспечения оптимальных условий, таких как более точная настройка и согласование РЧ-катушки, а также улучшение однородности магнитного поля. Также важно контролировать состояние животного с помощью системы мониторинга, чтобы поддерживать стабильное физиологическое состояние организма и предотвратить появление любых потенциальных артефактов в измерениях.

На этом всё. Спасибо за просмотр и удачи в ваших экспериментах.