Использование Multi-купе Dynamic один энзим Phantom для исследований гиперполяризованным магнитно-резонансных агентов
15 апреля 2016 г.
Многокамерный динамический фантом используется для моделирования некоторых биологических аспектов, представляющих интерес для метаболических исследований, с использованием гиперполяризованных магнитных резонансных агентов.
Общая цель данной процедуры заключается в измерении превращения гиперполяризованного пирувата в лактат с помощью магнитно-резонансной томографии или МРТ в контролируемой среде фантома. Этот метод позволяет ответить на ключевые вопросы в области гиперполяризованной МРТ, такие как способность системы обнаруживать химическое превращение пирувата методом магнитного резонанса. Основным преимуществом данной методики является то, что химическое превращение пирувата протекает аналогично метаболизму in vivo, но является более контролируемым и воспроизводимым, чем в живых системах.
Значимость данного метода распространяется на диагностику рака, поскольку в среде фантома имитируется повышенное превращение пирувата в лактат, характерное для большинства онкологических заболеваний. Хотя этот метод позволяет получить сведения о раке, он также может быть применен для других видов метаболического имиджинга, например, для исследования метаболизма сердца. Как правило, специалисты, впервые осваивающие данный метод, могут столкнуться с трудностями из-за краткости временных ограничений, присущих гиперполяризованным средам.
Визуальная демонстрация этого метода имеет критическое значение, так как этапы растворения и вытеснения трудно освоить, поскольку они должны происходить быстро и выполняться с высокой точностью. В кювету для системы динамической ядерной поляризации (DNP) пиперируйте 0.3 µL раствора гадотеридола и 13 mg раствора пировиноградной кислоты. Коротко перемешайте эту смесь в кювете с помощью наконечника пипетки.
Начните процесс ввода образца, нажав кнопку ввода образца (insert sample) на консоли системы DNP. В мастере выбора образцов выберите «обычный образец» (normal sample) и нажмите «далее» (next). Держа кювету с образцом вертикально, аккуратно поместите стержень для ввода над верхней частью кюветы.
При появлении соответствующего запроса откройте систему DNP и с помощью стержня для установки поместите кювету в держатель с регулируемой температурой. Нажмите на поршень на конце стержня для установки, чтобы освободить образец в держателе с регулируемой температурой. Извлеките стержень для установки из системы и нажмите кнопку «Next» на консоли системы DNP.
Затем инициируйте поляризацию, нажав кнопку polarise sample на консоли системы DNP. В программном обеспечении RINMR введите HYPERSENSENMR для перехода к программе мониторинга поляризации. Установите значение build up configuration на один и нажмите enter.
Затем нажмите solid build up. После установки расположения и имени файла сохранения выберите профиль для carbon 13 в выпадающем списке на консоли системы DNP. Нажмите next.
Установите флажок, чтобы включить отбор проб во время стадии накопления. Установите время отбора проб на 300 секунд и нажмите «finish up». В завершение отмерьте 3,85 грамма среды для растворения либо по объему с помощью шприца на пять миллилитров, либо по весу с помощью весов.
Поместите фантом в центр магнита, обеспечив свободный доступ к инъекционным линиям. Убедитесь, что имеется контейнер для сбора жидкости, которая будет выходить через выхлопную линию. Приготовьте смесь ферментов с высокой активностью, смешав 240 µL раствора NADH, 125 µL раствора LDH и 335 µL буфера.
Поместите раствор в шприц объемом 3 мл, который можно подсоединить к линии инъекции. Затем приготовьте смесь ферментов с низкой активностью, смешав 240 µL раствора NADH, 75 µL раствора LDH и 385 µL буфера. Поместите эту смесь в отдельный шприц объемом 3 мл, который можно подсоединить к линии инъекции.
Для выполнения первоначального позиционирования загрузите новое сканирование-локализатор. Выполните покачивание (wobble) протонной катушки, выбрав Acq/Reco. Выведите на экран и откройте платформу регулировки.
На панели регулировки выберите Wobble Adjust и нажмите open. Установите ширину сканирования на 10 MHz и нажмите set up. Через некоторое время в окне сбора данных должны появиться параметры настройки и согласования катушек протонов.
Выполните «шатание» (wobble) углеродной катушки, изменив элемент катушки на 13C или элемент два и установив ширину сканирования на 5 MHz. Через некоторое время в окне сбора данных должны появиться параметры настройки и согласования углеродной катушки; если настройка выполнена правильно, нажмите stop. Чтобы вернуться к управлению сканированием, нажмите apply, затем back и, наконец, нажмите continue для начала сканирования.
Крайне важно полностью настроить сканирование на этом этапе до начала растворения. После начала процесса растворения его нельзя прерывать, и останется очень мало времени для корректировки параметров последовательности до подачи гиперполяризованного пирувата. Загрузите новую программу эхо-планарной спектроскопической визуализации.
Установите толщину среза на 30 миллиметров, чтобы охватить всю реакционную камеру. Установите режим работы на углерод 13, выбрав вкладку системы и изменив режим работы на передачу-прием 13C. После того как поляризация пирувата достигнет более 90%, растворы и фантом будут готовы, а параметры сканирования — настроены.
Нажмите кнопку запуска растворения (run dissolution) на консоли системы DNP. По запросу переведите стержень для растворения в рабочее положение и введите среду для растворения. Закройте систему DNP и нажмите кнопку завершения (finished) на консоли системы DNP.
Важно обеспечить плавное введение пирувата и фермента. Это гарантирует надлежащее перемешивание смеси ферментов и ее подачу в камеру фантома до завершения химического превращения. Когда система DNP подает гиперполяризованный аспират пирувата, 500 µL раствора пирувата вводится в каждый из шприцев с растворами высокой и низкой концентрации фермента.
Медленно введите каждый шприц в линию инъекции. Сканирование можно начать до инъекции или сразу после нее, в зависимости от используемого протокола сканирования. После завершения растворения переместите стержень для растворения обратно в исходное положение по запросу системы, а затем нажмите «finish».
Здесь представлены репрезентативные результаты последовательности радиоэхо-планарной спектральной визуализации. На изображении пирувата виден сильный сигнал пирувата в обеих камерах. На изображении лактата сигнал лактата слабее, однако он также локализован в камерах.
Отношение сигналов гиперполяризованного лактата и пирувата может быть использовано для оценки ферментативной активности в каждой камере. Отношения сигналов в каждой камере соответствуют имеющейся ферментативной активности. После освоения эта методика может быть выполнена за один час.
При выполнении данной процедуры важно помнить о необходимости подготовить смесь для фантома и последовательность сканирования до начала процесса растворения. После выполнения этой процедуры могут быть использованы другие гиперполяризованные агенты и ферменты для получения ответов на дополнительные вопросы, например, о том, насколько эффективно последовательность может визуализировать другие химические реакции. Данный метод открывает перед исследователями в области гиперполяризованной МРТ возможности изучения эффективности последовательностей с использованием воспроизводимых фантомов.
После просмотра этого видео вы должны будете хорошо понимать, как подготовить ферментную смесь для облегчения превращения гиперполяризованного пирувата в лактат и как поляризовать обогащенный углеродом 13 пируват для визуализации. Не забывайте, что работа с сильными магнитными полями может быть крайне опасной, поэтому всегда следует соблюдать меры предосторожности, такие как ограничение доступа в помещение сканера.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данной статье рассматривается метод измерения конверсии гиперполяризованного пирувата в лактат с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ) в контролируемой среде фантома. Этот метод имитирует метаболические процессы, имеющие значение для диагностики рака и других областей применения метаболической визуализации.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Магнитно-резонансная томография
- Метаболические исследования
- Диагностика рака
Теоретические основы
- МРТ с гиперполяризацией — это метод, который повышает чувствительность детектирования метаболических процессов.
- Преобразование пирувата в лактат является ключевым метаболическим маркером при раке.
- Контролируемые среды с использованием фантомов позволяют проводить воспроизводимые и управляемые эксперименты.
- Данный метод также может быть применен для изучения метаболизма сердца.
Цель исследования
- Измерить степень превращения гиперполяризованного пирувата в лактат.
- Изучить возможности гиперполяризованной МРТ в обнаружении химических превращений.
- Получить представление о метаболических процессах, имеющих значение при раке.
Используемые методы
- Использование многокамерного динамического фантома.
- Магнитно-резонансная томография для измерения метаболизма.
- Контролируемые экспериментальные условия для имитации метаболизма in vivo.
- Анализ скорости превращения пирувата в лактат.
Основные результаты
- Фантомная среда успешно имитирует метаболическое превращение.
- Гиперполяризованная МРТ эффективно регистрирует превращение пирувата в лактат.
- Метод демонстрирует потенциал для диагностики рака и других метаболических исследований.
- В качестве проблемы были отмечены временные ограничения гиперполяризованных сред.
Выводы
- Данный метод предлагает управляемый подход к изучению метаболических процессов.
- Он позволяет получить ценные сведения о метаболизме раковых клеток и возможных возможностях диагностики.
- Дальнейшее изучение этого метода может углубить понимание метаболических заболеваний.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Динамические многокамерные ферментативные фантомы позволяют проводить строгую валидацию агентов для гиперполяризованной МРТ в метаболической визуализации, что повышает надежность трансляционных исследований рака и метаболических заболеваний. Путем воспроизведения пространственной и метаболической неоднородности в контролируемой, воспроизводимой системе данный подход снижает риски при разработке последовательностей визуализации и количественной оценке биомаркеров. Эта платформа оптимизирует процессы раннего поиска и доклинической визуализации, предоставляя стандартизированные, повторяемые эталоны для оценки эффективности агентов и последовательностей.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранний поиск и валидация мишени
- Позволяет оценивать активность метаболических путей с помощью контролируемого превращения пирувата в лактат.
- Обеспечивает функциональную валидацию визуализирующих агентов и метаболических мишеней в воспроизводимых условиях.
- Повышает прогностическую достоверность эффективности агентов перед проведением исследований in vivo.
Скрининг и разработка анализа
- Обеспечивает стандартизированную платформу для количественной оценки чувствительности и специфичности последовательностей визуализации.
- Гарантирует воспроизводимость и контроль скоростей реакции и пространственной неоднородности для оптимизации анализа.
- Позволяет проводить сравнительный анализ новых гиперполяризованных агентов и протоколов визуализации для последующего скрининга.
Трансляционные и доклинические исследования
- Сопоставляет метаболическую конверсию на основе фантомов с диагностическими конечными точками, значимыми для заболевания, такими как метаболизм при раке.
- Обеспечивает преемственность от этапа валидации при поиске до доклинических визуализационных исследований путем симуляции динамики патологических тканей.
- Снижает биологическую вариабельность, что позволяет осуществлять риск-ориентированное внедрение визуализирующих агентов и протоколов.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Данная фантомная система связывает этапы первичных исследований, разработки анализов и доклинической визуализации, предоставляя воспроизводимую тестовую среду для валидации гиперполяризованных МРТ-контрастных веществ и импульсных последовательностей.
- Открывающая биология: обеспечивает проверку гипотез относительно мишеней метаболической визуализации и активности путей.
- Скрининг: предоставляет количественные, воспроизводимые результаты для сравнительного анализа последовательностей визуализации и контрастных агентов.
- Аналитика: позволяет измерять соотношение сигналов лактата/пирувата для сравнения ферментативной активности и эффективности визуализации.
- Трансляционные исследования: моделирует метаболическую гетерогенность, характерную для заболеваний, для обеспечения непрерывности доклинической визуализации.
- Корпоративное повторное использование: функционирует как многократно используемая стандартизированная платформа для постоянной разработки протоколов и агентов визуализации.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает достоверность прогнозов и снижает механистическую неопределенность при валидации метаболических контрастных веществ.
- Операционная ценность: стандартизирует оценку последовательностей визуализации и обеспечивает воспроизводимость результатов между различными группами исследователей.
- Стратегическая ценность: позволяет принимать обоснованные решения о продолжении или прекращении разработки, а также эффективно использовать капитал при совершенствовании технологий визуализации.
- Влияние на портфель: способствует приоритизации контрастных веществ и протоколов визуализации с учетом рисков для их дальнейшей разработки.
Особенности реализации
- Требуется опыт работы в области гиперполяризованной МРТ, кинетики ферментов и приготовления фантомов.
- Необходим доступ к системам ДЯВ, оборудованию для МРТ и инфраструктуре для точного контроля времени.
- Требуется межкомандная стандартизация протоколов приготовления фантомов и визуализации.
- Метод может быть адаптирован для других гиперполяризованных агентов и метаболических путей при соответствующем подборе реагентов.
- Ограничением является короткий период жизни гиперполяризованного сигнала, что требует быстрого и точного выполнения действий.
Часто задаваемые вопросы по биофармацевтике
Chapters in this video
0:05
Title
1:12
Preparation of Hyperpolarized Pyruvate
3:10
Preparation of the Enzyme Phantom
4:13
Run Quality Assurance (QA) and Positioning Scans
5:21
Radial Echo Planar Spectral Imaging Scan Setup and Running Dissolution
7:17
Results: Radial Spectroscopic Imaging of Single Enzyme Phantom
7:57
Conclusion
![Исследование сердечного метаболизма в изолированном перфузированном сердце мыши с помощью гиперполяризованной [1-13 C] пируватной и 13C/31P ЯМР-спектроскопии](/_next/image?url=https%3A%2F%2Fcloudfront.jove.com%2FCDNSource%2Fteasers%2F63188.jpg%3Fv%3D2026-08-31T08%253A03%253A24.000Z&w=384&q=75)
