Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

Hiperpolarize Spin-Kafes Gevşeme manyetik alan bağımlılığının ölçülmesi [1-13C]pirüuvat

Published: September 13, 2019 doi: 10.3791/59399
Automatic Translation
1, 2, 1,2,3
1Department of Medical Biophysics, Western University, 2Imaging Research Laboratory, Robarts Research Institute, Western University, 3Ontario Institute for Cancer Research

Summary

Hızlı alan döngüsü netometrisi kullanarak, dinamik nükleer polarizasyon yoluyla hiperpolarize edilmiş 13C'lik zenginleştirilmiş bileşiklerin spin-kafes gevşeme süresinin manyetik alan bağımlılığını ölçmek için bir protokol sayılmaktadır. Özellikle, bunu[1-13C] pirüuvat ile gösterdik, ancak protokol diğer hiperpolarize substratlara genişletilebilir.

Abstract

Hiperpolarize 13C ile zenginleştirilmiş bileşiklerin in vivo görüntüleme uygulamalarının temel sınırı sonlu spin-kafes gevşeme süreleridir. Tampon bileşimi, çözelti pH, sıcaklık ve manyetik alan gibi çeşitli faktörler gevşeme oranlarını etkiler. Bu son bağlamda, spin-kafes gevşeme süresi klinik alan güçlü ölçülebilir, ancak bu bileşiklerpolarize dağıtılan ve MRI taşınır düşük alanlarda, gevşeme daha hızlı ve ölçmek zordur. Taşıma sırasında kaybedilen manyetizasyon miktarını daha iyi anlamak için, hızlı alan-bisiklet relaxometrisi kullandık, ~0.75 T'de 13C çekirdeğinin manyetik rezonans tespiti ile, nükleer manyetik rezonans dağılımını ölçmek için hiperpolarize spin-kafes gevşeme süresi [1-13C]piruvat. 80 mmol/L konsantrasyonda hiperpolarize pirüvat örnekleri ve fizyolojik pH (~7.8) üretmek için çözünme dinamik nükleer polarizasyon kullanılmıştır. Bu çözümler hızlı bir şekilde hızlı bir alan döngüsü gevşeticiaktarımetresine aktarıldı, böylece numune manyetizasyonunun gevşemesi kalibre edilmiş küçük bir çevirme açısı (3°-5°) kullanılarak zamanın bir fonksiyonu olarak ölçülebiliyordu. PirofanC-1'in T1 dağılımını haritalamak için 0,237 mT ile 0,705 T arasında değişen farklı gevşeme alanları için veri kaydettik. Bu bilgilerle, hiperpolarize substratların manyetik alanların aralığındaki spin-kafes gevşemesini tahmin etmek için ampirik bir denklem belirledik. Bu sonuçlar, taşıma sırasında kaybedilen manyetizasyon miktarını tahmin etmek ve sinyal kaybını en aza indirmek için deneysel tasarımları geliştirmek için kullanılabilir.

Introduction

Manyetik rezonans spektroskopik görüntüleme (MRSI) spektroskopik görüntüleme ile saptanan metabolitlerin mekansal haritalarını üretebilir, ancak pratik kullanımı genellikle nispeten düşük duyarlılığı ile sınırlıdır. In vivo manyetik rezonans görüntüleme ve spektroskopi yöntemlerinin bu düşük hassasiyeti, vücut sıcaklıklarında ve makul manyetik alan mukavemetlerinde ulaşılabilen küçük dereceden nükleer manyetizasyondan kaynaklanmaktadır. Ancak, bu sınırlama büyük ölçüde mrsi1kullanarak vivo metabolizmada sonda enjekte edilir sıvı substratlar, in vitro manyetizasyon geliştirmek için dinamik nükleer polarizasyon (DNP) kullanımı ile aşılabilir,2 , 3.2.2 , 4. DNP sıfır olmayan nükleer spin ile en çekirdeklerin manyetizasyonunu artırma yeteneğine sahiptir ve pirüvat 5,6,bikarbonat gibi 13 C ile zenginleştirilmiş bileşiklerin vivo MRSI hassasiyetini artırmak için kullanılmıştır 7,8, fumarate9, laktat10, glutamin11, ve büyüklüğü fazla dört sipariş tarafından diğerleri12. Uygulamaları vasküler hastalık görüntüleme dahil13,14,15, organ perfüzyonu13,16,17,18, kanser algılama1,19,20,21,22, tümör evreleme23,24, ve terapötik yanıt ın nicelleştirilmesi2 , 6.000 , 23.000 , 24.000 , 25.000 , 26. Yıl.

MRSI ile in vivo algılama için yavaş spin-kafes gevşemesi esastır. Spin-kafes gevşeme süreleri(T1s) onlarca saniye sırasına göre çözeltideki küçük moleküller içinde düşük jiromanyetik oranlara sahip çekirdekler için mümkündür. Çeşitli fiziksel faktörler bir nükleer spin geçiş ve çevre (kafes) arasında enerji transferi etkisi gevşemeye yol açan, manyetik alan gücü de dahil olmak üzere, sıcaklık, ve moleküler konformasyon27. Proton lar doğrudan bağlı olmayan karbon pozisyonları için moleküllerde dipolar gevşeme azalır ve çözünme ortamının deuterasyonu moleküller arası dipolar gevşemeyi daha da azaltabilir. Ne yazık ki, deuterated çözücüler in vivo gevşeme genişletmek için sınırlı yetenekleri var. Karboniller veya karboksilik asitlerin (pirüuvat gibi) artan gevşeme kimyasal kayma anizotropi nedeniyle yüksek manyetik alan mukavemetleri oluşabilir. Polarizasyon sonrası çözünme sırasında sıvı yolundan paramanyetik kirlerin varlığı hızlı gevşemeye neden olabilir ve şelatörler kullanılarak kaçınılması veya ortadan kaldırılması gerekir.

Spin-kafes gevşemesinin önemli ölçüde daha hızlı olabileceği düşük alanlarda 13C içeren bileşiklerin gevşemesi için çok az veri vardır. Ancak, hiperpolarize kontrast ajanlar genellikle dünyanın yakınında veya dünyanın dnp aygıtından dağıtılır beri, in vivo görüntüleme için kullanılan ajanın hazırlanması sırasında gevşeme anlamak için düşük alanlarda T1 ölçmek önemlidir Alan. 13C ile zenginleştirilmiş substrat konsantrasyonu, çözelti pH, tamponlar ve sıcaklık gibi ek fiziksel faktörler de gevşemeyi etkiler ve dolayısıyla ajanın formülasyonu üzerinde bir etkiye sahiptir. Tüm bu faktörler, DNP çözünme işleminin optimizasyonunda anahtar parametrelerin belirlenmesinde ve numunenin DNP aygıtından görüntüleme mıknatısına taşınmasında oluşan sinyal kaybının büyüklüğünün hesaplanmasında gereklidir.

Manyetik alanın bir fonksiyonu olarak nükleer manyetik rezonans dağılım (NMRD) ölçümleri, yani T1 ölçümleri genellikle bir NMR spektrometresi kullanılarak elde edilir. Bu ölçümleri elde etmek için, bir kapatma yöntemi nerede örnek ilk mıknatıs28,29,30 saçak alanında konumu ile belirlenen bazı alanda dinlenmek için spektrometre dışarı mekik kullanılabilir ve sonra hızla geri NMR mıknatıs içine geri kalan manyetizasyon ölçmek için aktarılır. Manyetik alanda aynı noktada bu süreci tekrarlayarak ancak gevşeme artan dönemlerde, bir gevşeme eğrisi elde edilebilir, daha sonra T1tahmin analiz edilebilir .

NMRD verilerimizi elde etmek için hızlı alan bisikleti relaxometrisi31,32,33 olarak bilinen alternatif bir teknik kullanıyoruz. Hiperpolarize 13C çekirdekli çözeltilerin T1 ölçümleri için ticari bir alan döngüsü gevşeticiölçer (Bkz. Malzeme Tablosu)modifiye ettik. Mekik yöntemiile karşılaştırıldığında, alan döngüsü bu relaxometrenin daha küçük bir manyetik alan aralığında (0,25 mT ila 1 T) nMRD verilerini sistematik olarak elde etmesini sağlar. Bu, manyetik alandaki örnek konumu değil, manyetik alanın kendisini hızla değiştirerek gerçekleştirilir. Bu nedenle, bir örnek yüksek alan mukavemeti manyetize edilebilir, daha düşük bir alan gücü "rahat", ve daha sonra sinyal maksimize etmek için sabit bir alanda serbest indüksiyon-çürüme edinimi ile ölçülür (ve Larmor frekansı). Bu, numune sıcaklığının ölçüm sırasında kontrol edilebildiği ve NMR sondasının tüm manyetik alan aralığında otomatik edinimi teşvik eden her bir gevşeme alanında ayarlanması gerekmediği anlamına gelir.

Hiperpolarize çözeltilerin düşük manyetik alanlarda dağıtılması ve taşınmasının etkilerine odaklanan bu çalışma, hiperpolarize 13C-pirüvatın spin-kafes gevşeme süresini hızlı kullanarak ölçmek için ayrıntılı bir metodoloji sunar. 0,237 mT ile 0,705 T aralığında manyetik alanlar için alan bisikleti relaxometrisi. Bu metodolojiyi kullanmanın ana sonuçları daha önce [1-13C]pirüuvat34 ve 13C ile zenginleştirilmiş sodyum ve sezyum bikarbonat35 için sunulmuştur, radikal konsantrasyon ve çözünme pH gibi diğer faktörler da çalışılmıştır.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Örnek Hazırlama

NOT: 1.1-1.8 adımları sadece bir kez gerçekleştirilir

  1. 1 mL stok 13C-zenginleştirilmiş pirüvik asit çözeltisi, yaygın in vivo araştırma1,2,5,6için kullanılan , 15-mmol /L triarylmethyl radikal çözünmüş oluşan hazırlayın [1- 13.000 C]piruvik asit (bkz. Malzemeler Tablosu). Bu stok çözeltisinden aliquots ayrı ayrı polarize olacak ve daha sonra farklı manyetik alanlarda relaxometri geçmesi örnekler için kullanılacaktır. [1-13C]piruvik asit molekülünün bir temsili Şekil 1'degösterilmiştir.
  2. Dinamik nükleer polarize yazılım arabiriminde (Bkz. Malzeme Tablosu),değişken sıcaklık ekleme ucunun (VTI) sıcaklığını 1,4 K'ya düşürmek için Bekleme Düğmesine tıklayın.
  3. DNP istenilen sıcaklığa ulaştıktan sonra, stok çözeltisinin 10 μL'sini numune kabına yükleyin, taret kapılarını açın ve bu görev için özel olarak tasarlanmış bir ekleme değnek kullanarak kupayı VTI'ye takın.
  4. Bundan sonra, hızlı bir şekilde değnek ayıklamak ve fincan serbest olduğundan emin olun. Daha sonra taret kapılarını kapatın ve VTI'nin sıcaklığı 1,4 K'ya geri dönerken aşağıdaki adımlarla devam edin.
  5. Stok çözeltisinin hiperpolarizasyonu için en uygun RF frekansını bulmak için DNP'yi mikrodalga tarama sını çalıştıracak şekilde hazırlayın.
    1. Spektrometreyi (DNP sisteminin bir parçası) kontrol eden bilgisayarda, daha önce uygun seri iletişimle yapılandırılan HyperTerminal simgesine çift tıklayarak spektrometre ile DNP kontrol yazılımı arasındaki iletişimi kurmak Parametre.
    2. İletişim kurulduktan sonra, RINMR yazılımını başlatın, komut satırına yazın. HYPERSENSENMR, ve sonra entertuşuna basın.
    3. Bundan sonra, ekranda yeni bir pencere gösterilir ve üzerinde Yapılandırma Numarası alanına bir (1) yazın. Ardından Yapılandırmaseç düğmesini tıklatın.
    4. Tuşuna tıklayın mikrodalga süpürme yap. Spektrometrenin hazır olduğunu ve kutuplaşmayı örneklemek için DNP kontrol yazılımından gelen periyodik tetik sinyallerini beklediğini belirten, saniyeler süren bir sayacı olan küçük bir pencere açılacaktır.
    5. DNP kontrol yazılımında Kalibrasyon sekmesini seçin ve Oluştur düğmesine tıklayın.
    6. Kalibrasyon kurulum penceresini kullanarak aşağıdaki bilgileri girin: Başlangıç Frekansı = 94.117 GHz, Bitiş Frekansı = 94.137 GHz, Adım Boyutu = 1 MHz, Adım Süresi = 300 s, Güç = 50 mW, Sıvı Helyum Seviyesi = %65 ve Sıcaklık = 1.4 K.
    7. Kurulum penceresini kapatacak ve adım sayısını ve istenen mikrodalga süpürmegerçekleştirmek için gereken süreyi görüntüleyecek Kalibrasyon sekmesine geri dönecek olan Oluşturdüğmesine tıklayın.
    8. İstenilen VTI sıcaklığıelde edilip, Etkinleştir düğmesini tıklatın ve ardından mikrodalga süpürme işlemini başlatmaya başlayın.
  6. Mikrodalga süpürmesonunda, numuneyi kurtarın ve maksimum polarizasyonun sağlandığı en uygun frekansı kaydedin. Bu optimal frekans, Şekil 2'degösterildiği gibi maksimum polarizasyon sağlayan polarizasyon frekansı olarak tanımlanır. Bu frekans pirüvik asit belirli stok çözeltisi elde edilen tüm aliquots hiperpolarize için kullanılacaktır.
  7. 40-mmol/L Tris baz çözeltisi, 50 mmol/L sodyum klorür ve 80-mmol/L sodyum hidroksit çözeltisi kullanarak 250 mL stok çözünme ortamı hazırlayın. Herhangi bir metal iyon kontaminasyonunu ayırmak için 100 mg/L konsantrasyonda etilendirminateamintetraasetik asit (EDTA) ekleyin. Benzer şekilde piruvik asit stok çözeltisi, bu çözünme ortamı polarize olacak tüm farklı numuneler için kullanılacaktır. Kullanılan kimyasallarla ilgili daha ayrıntılı bilgi için Malzeme Tablosuna bakın.
  8. Ayrıca, deiyonize suda çözünmüş 100 mg/L EDTA'dan oluşan 500 mL stok temizleme solüsyonu hazırlayın. DNP'nin çözünme yolunu temizlemek için her polarizasyondan sonra bu temizleme çözeltisinin yaklaşık 10 mL'si kullanılır.
    NOT: Her bir örnek için 1.9-1.27 adımları gerçekleştirilir.
  9. DNP cihazını dnp ana penceredeki Soğuma düğmesine basarak [1-13C] pirüvik asit örneğini hiperpolarize etmeye hazırlanırken 1,4 K'ya soğutun.
  10. Spektrometre için kullanılan yazılım zaten yapılandırma 1 seçili ile etkinse, aşağıdaki adımları ile devam edin. Aksi takdirde, 1.5.1 ile 1.5.3 adımlarını gerçekleştirin ve ardından aşağıdaki adımları ile devam edin.
  11. DNP'nin spektrometresini kontrol eden pencerede yapılandırma 1'in seçildiğini doğruladıktan sonra Katı Yap düğmesine tıklayın.
  12. "XXX"in birikme verileriyle depolanan dosyaların sırasında bir sayı olduğu dosya adını SSBuilupXXX'e girin. Bu numara yazılım tarafından otomatik olarak artımlanır. Sonra Tamam'ıtıklatın. Mikrodalga süpürme durumda benzer şekilde, saniye azalan bir sayaç ile küçük bir pencere spektrometre hazır olduğunu belirten açılacak ve periyodik tetik sinyalleri bekliyor olacak, DNP kontrol yazılımı gelen, polarizasyon örnek .
  13. Piruvik asit kullanarak - adım 1.1 hazırlanan OX063 stok çözeltisi, bir örnek fincan 30 mg tartmak.
  14. İstenilen VTI sıcaklığıelde edildiğinde (1,4 K) Örnek Ekle'yetıklayın, ardından Normal Örnek'i seçin ve sonra İleri'yetıklayın. Ekranda görüntülenen güvenlik önlemlerinin ardından, bu görev için özel olarak tasarlanmış uzun bir değnek kullanarak bardağı soğuk DNP aygıtına takın.
  15. Fincan takıldıktan sonra değnek sökülüp DNP kapıları kapandıktan sonra İleri ve Sonra Bitir'itıklatın. Bu noktada hiperpolarize sistemi numune kabını kısmen doldurulmuş ışınlama odasına indirir (%65) sıvı helyum ile.
  16. Sıcaklık 1,4K'ya dönene kadar bekleyin ve ardından Polarize Örnek düğmesine tıklayın.
  17. Yeni açılan pencerede, adım 1.6'da mikrodalga süpürmeden elde edilen frekans değerini ayarlayın. Aynı pencerede, aynı zamanda 50 mW ve örnekleme süresi 300 s. Nexttıklayın, Yapı İzleme etkinleştir kutusunu işaretleyin ve sonra Finish'etıklayın.
    NOT: Polarizasyon başladıktan sonra, DNP kontrol yazılımı küçük bir uç açısı kullanarak polarizasyon örnek spektrometre talimat her 300 s tetik sinyalleri oluşturur. Bu şekilde, spektrometre yazılımı bir katı hal manyetizasyon eğrisi için bir örnek nokta ekler, şimdi hem spektrometre yazılımı ve sekme Polarization Build-Upaltında DNP kontrol yazılımı görüntülenir. 4. örnekve ondan sonraki her örnekten sonra, spektrometre yazılımı eğriyi formun üstel büyüme işlevine uyar:

    S = A *exp(-t/Tp) + y0

    a polarizasyon genliği, rasgele birimler, t örnekleme zamanı, Tp polarizasyon zaman sabiti (her ikisi de saniye cinsinden) ve y0 bir ofset olduğunu. Uygun parametrelere dayanarak, yazılım aynı zamanda DNP'nin Polarizasyon Durumu sekmesinde görüntülenen zaman içinde o noktaya kadar elde edilen yüzde polarizasyon hesaplar.
  18. Katı hal manyetizasyonunun birikmesi maksimumun en az %95'ine (yaklaşık bir saat) ulaşana kadar polarize edin.
  19. Örnek polarize olurken, aşağıdaki Bölüm 2'de açıklandığı gibi Hızlı Alan-Bisiklet Relaxometresini hazırlayın.
  20. İstenilen polarizasyon elde edildiğinde, Run Dissolution tıklayın ve Yöntemaltında , Piruvik Asit Testiseçin. Ardından İleri'yetıklayın.
  21. Ekrandaki talimatları izleyerek, DNP taret kapılarını açın ve 80-mmol/L piruvat konsantrasyonu üretmek için bölüm 1.5'te hazırlanan çözünme ortamının ~ 4,55 mL'si ile cihazın üst kısmındaki ısıtma ve basınçlandırma odasını yükleyin. ~7.75 pH'da ve ~37 °C sıcaklıkta çözünme.
  22. Kurtarma değnekdoğru pozisyonda konumlandırın, taret kapılarını kapatın ve bilgisayarda İleri ve sonra Finish'etıklayın. Bu noktada, basınç 10 bar'a ulaşana kadar çözülme ortamı aşırı ısıtılır.
  23. 10 bar basıncına ulaşıldıktan sonra, dondurulmuş ve hiperpolarize pirüuvat otomatik olarak sıvı helyum banyosundan kaldırılır, hızlı bir şekilde karıştırılır ve aşırı ısınmış çözünme ortamı ile çözülür ve kılcal bir borudan armut şeklinde bir şişeye atılır. Hiperpolarize pirüuvat/çözünme ortam karışımı çıkarılırken, homojen bir karışım sağlamak için şişeyi sürekli döndürün.
  24. Tüm karışım çıkarıldığında, sıvının 1,1 mL'sini hızlı bir şekilde şırıngaya çekin, önceden ısıtılmış (37 °C) 10 mm çapındaki NMR tüpüne aktarın ve hızla alan döngüsü gevşeticiölçerine ışınlayın (Bkz. adım 2.2.12).
  25. Olası sistematik deneysel etkileri kontrol etmek için 0,55-T tezgah üstü NMR spektrometresine (Bkz. Malzeme Tablosu)her pirüvat çözünme kalan aliquot dağıtın.
  26. Temiz çözünme ortamı ve ardından etanol kullanarak DNP sıvı yolunu hemen temizleyin. Kalan temizleme sıvılarını çıkarmak ve oksijen temizleme yolu temizlemek için sıvı yolu ile helyum gazı darbe. Tüm cam eşyaları temizleyin.
  27. Her ölçümden sonra, hem tezgah üstü spektrometreden hem de alan bisikleti gevşeticimetreden alınan numunelerin pH'ını kaydedin.
    NOT: Her T1 ölçümü DNP aparatından ayrı bir hiperpolarize çözünmedir, bu nedenle numune bileşiminin ölçüm-ölçüm tekrarlanabilirliğini sağlamak için dikkatli olunması gerekir. Bu, son hiperpolarize çözeltilerin doğru ve tekrarlanabilir hazırlanmasını sağlamak için tüm ajanların ve çözücülerin 0,1 mg hassasiyetle tartılarak gerçekleştirilir.

2. Relaxometri

NOT Aşağıdaki adımlarda açıklanan farklı parametrelerin seçimi ve kullanımı nın daha iyi anlaşılması için lütfen Tablo 1'e bakın. Çözünmeden önce, relaxometre çevirme açısı hesaplanmalı ve relaxometre kurulum aparatve hiperpolarize çözeltinin ölçümü için hazır olmalıdır (aşağıya bakın).

  1. Flip-angle kalibrasyonu
    1. Bir NMR tüpünde 1 mL [1-13C]piruvik asit hazırlayın ve 13C çekirdeğinin T1'ini 200 ms'den az ama 50 ms'den fazla bir değere düşürmek için bir gadolinyum kontrast maddesi ekleyin.
    2. NMR tüpünü kalibrasyon standardı olarak birden çok kez kullanılabilsin şekilde kapatın.
    3. Relaxometrenin derinlik ölçerini kullanarak, numunenin relaxometre RF bobininin merkezinde yer alabilmesi için NMR tüpünün derinliğini uygun yüksekliğe ayarlayın.
    4. Tekrarlanabilirliği sağlamak için 13C pirüvatör kalibrasyon standardının ekleme derinliğini yapışkan bantla işaretleyin.
    5. NMR tüpündeki derinlik durdurucuyu bantla belirtilen konuma yerleştirin ve bu kalibrasyon standardını alan bisikleti gevşeticinin deliklerine takın. NMR tüpünü pozisyonda tutmak için bir ağırlık kullanın.
    6. Aletin hava vanasını açın ve relaxometre ön panelinden sıcaklık kontrol cihazını 37 °C'ye ayarlayın. Bu, deney sırasında ısıtılmış hava kullanarak numunenin sıcaklığını 37°C 'de (± 0.5°C) koruyacaktır.
    7. 13C çekirdek sinyali elde etmek için alan döngüsü relaxometer donanımını kurun. Bu, harici şim bobininin takılması ve enerjisini (Bkz. Malzeme Tablosu),RF bobininin 8 MHz (~0,75 T for 13C çekirdeği) ile eşleştirilmesi ve uygun λ/4 kablosunun kullanılması dır.
    8. Enstrüman yazılımında aşağıdaki adımları gerçekleştirin:
      1. Ana par sekmesini seçin
      2. Deneme etiketinin yanındaki hücreye tıklayın ve "13CANGLE" darbe sırasını seçmek için açılır pencerede aşağı kaydırın. FFC ".
      3. Aşağıdaki kazanım parametrelerini ayarlayın: RFA = 5; SWT = 0.005, RD = 0.5, BPOL = 30 MHz, TPOL = 0.5.
      4. Acq. par sekmesini seçin ve ardından Temel alt sekmesini seçin.
      5. Nucleus etiketinin yanındaki hücreye tıklayın ve 13C'yiseçmek için açılır pencerede aşağı kaydırın.
      6. Daha sonra aşağıdaki parametreleri belirleyin: SF = 8 MHz, SW = 1000000, BS = 652, FLTR = 100000, MS = 32.
      7. Conf alt sekmesini seçin.
      8. Aşağıdaki parametreleri ayarlayın: RINH = 25, ACQD = 25.
      9. nDim alt sekmesini seçin
      10. Set NBLK = 32, BINI = 2, BEND = 62.
      11. Değerlendirme sekmesini ve ardından Parametreler alt sekmesini seçin.
      12. Aşağıdaki parametreleri ayarlayın: EWIP = 10, EWEP = 128, EWIB = 1, EWEB = 32.
      13. Ardından, darbe dizisini çalıştırmak için Satın Alma Başlat simgesini tıklatın.
    9. Edinme tamamlandıktan sonra, verileri kaydedin, Değerlendirme iletişim simgesini seçin ve analiz menüsünden WAM Penceresi: Mutlak Büyüklük'iseçin. Ardından Rapor Sayfası, Grafikler ve Dışa Aktarma Dosyası'nı seçin ve son olarak Yürüt'etıklayın.
    10. Rapor penceresinde, şekil 3'ünalt satırında gösterilen çizimlere benzer şekilde, görüntülenen grafikteki imleç yardımıyla maksimum genliği sağlayan RF darbe genişliğini bulun ve değeri ince ayarla . Bu darbe genişliği aşağıdaki deneylerin PW90 parametresi için kullanılacaktır.
    11. Relaxometrenin frekans değişimini ayarlamak için F1 simgesini tıklatın.
      NOT: WAM Penceresi: Mutlak Büyüklük, EWIP tarafından tanımlanan noktadan EWEP tarafından belirlenen noktaya ve bloktan tek veya bir serbest indüksiyon bozunma kazanımlarının (FID) büyüklüğünü entegre eden bir yordamdır. EWIB tarafından EWEBtarafından belirtilen bloya tanımlanır.
  2. T1-Ölçümler
    1. Harici şim bobininin takılı ve enerjili olduğundan emin olun.
    2. Enstrüman yazılımında aşağıdaki adımları gerçekleştirin:
      1. Ana par sekmesini seçin
      2. Deney etiketinin yanındaki hücreye tıklayın ve Şekil 4'tegösterilen darbe dizisi HPUB/S'yiseçmek için açılır pencerede aşağı kaydırın.
      3. Aşağıdaki kazanım parametrelerini ayarlayın: RFA = 25, T1MX = 3 ile 5 arasındaki değerler; SWT = 0.2, RD = 0, BRLX = MHz'de istenilen gevşeme alanı (proton Larmor frekansı).
      4. Acq. par sekmesini seçin ve ardından Temel alt sekmesini seçin.
      5. Nucleus etiketinin yanındaki hücreye tıklayın ve 13C'yiseçmek için açılır pencerede aşağı kaydırın.
      6. Daha sonra aşağıdaki parametreleri ayarlayın: SF = 8 MHz, SW = 1000000, BS = 652, FLTR = 50000.
      7. Conf alt sekmesini seçin.
      8. Aşağıdaki parametreleri ayarlayın: PW90 adım 2.1.10, RINH = 25, ACQD = 25 bulunan değere eşit.
      9. Puls alt sekmesini seçin ve PW = 5'i ayarlayın.
      10. nDim alt sekmesini seçin ve NBLK = 100'u ayarlayın.
      11. Bekleyin ve veri toplama başlatmak için hiperpolarize çözüm almaya hazır olsun.
      12. Numuneyi relaxometreye takmadan hemen önce, numunenin boş bir manyetik alana girmesini önlemek için sinyal dizisini konsoldan manuel olarak başlatın. Bu nedenle, veri analizi sırasında ilk Serbest İndüksiyon Bozunması (FID) göz ardı etmek önemlidir.
      13. Satın alma yapıldıktan sonra Kaydet düğmesini tıklatarak verileri kaydedin.
    3. Analiz yazılımını kullanarak, her FID sinyalinin büyüklüğünü, zamanın bir fonksiyonu olarak örnek manyetizasyondan oluşan bir veri serisi üretmek için entegre edin.
    4. Spin-kafes gevşeme süresini, ticari bir analitik yazılımda uygulanan standart doğrusal olmayan en kareler montaj algoritması kullanarak üç parametrelik bir üstel modelden ayıklayın (bkz. Malzeme Tablosu) tüm veriler:
      Equation 1
      A ilk sinyal genliği(y-intercept), T1 spin-kafes gevşeme zamanı, TR bilinen bir değer, y0 sinyal ofset ve cos(n-1)(α) bir flip açısı için nth ölçüm de uzunlamasına manyetizasyon kaybı için bir düzeltme, α.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Şekil 2 pirüvik asit için yüksek çözünürlüklü tam menzilli mikrodalga süpürme bir örnek sunar. Sunulan durumda, bu optimal mikrodalga frekansı 94.128 GHz, şekil eklemek vurgulanır karşılık gelir. DNP sistemimiz normalde 93.750 GHz ile 94.241 GHz aralığında, adım boyutu1 MHz, 600 s'ye kadar polarizasyon süresi ve 100 mW'a kadar güç le çalışabilir. Frekansların tam bir dizi sadece yeni yüzeyler için incelenir. Ancak, 13C-piruvik asit ile önceki deneyime dayanarak, biz 94.127 GHz civarında olması optimal frekans bekliyoruz. Bu nedenle, 94.117 GHz ile 94.137 GHz arasında bir taramalar aralığı, 1 MHz adım boyutu ve 50 mW güç ile 300 s örnekleme süresi ile, genellikle kullanılır.

Şekil 3'ün sol sütunu, darbeyi belirlemek için doğrusal olarak değişen RF darbe sürelerinin bir fonksiyonu olarak bir dizi sinyal ölçümünün elde edilmesine ilişkin [1-13C] pirüvik asit için uç açısı kalibrasyonu sonuçlarını sunar 13C çekirdekleri için 90° ve 180° çevirme açısına karşılık gelen genişlik. Maksimum genliği sağlayan darbe genişliği 90° çevirme açısına, sıfır geçiş ise 180°'lik bir çevirme açısına karşılık gelir. İki darbe genişliği arasındaki ilişki iki faktör olmalıdır.

Yukarıda gösterilen 13C uç açısı kalibrasyonu için edinme parametreleri, alan döngüsü gevşeticiölçerin iletim gücüne, numunenin T1'ine ve sistemin gürültü özelliğine bağlı olarak bazı ayarlamalar gerektirebilir. Uyarılmış yankıların, amplifikatör doygunluğu ve kötü SNR'nin etkisi olmadan 90° ve 180°'yi düzgün bir şekilde bulmak için bazı deneme yanılma lar gerekebilir.

Termal polarize 13C bileşiklerin kötü SNR birçok ortalamalar gerektirir, çünkü bu prosedür, doğru olsa da, normalde zaman alıcıdır. Alternatif ve daha hızlı bir yöntem, flip açısının gadolinyum-dozlu 1H fantom ile ayarlanması ve 90° RF darbesinin 90°-1H RF darbesinin süresini 13C'ye ölçeklemesi 3.976 faktörüne karşılık gelen 1H/13C jiromanyetik oranları. Bu durumda, standart edinme parametreleri olmalıdır: EXP = ANGLE. FFC, NUC = 1H, TPOL = 0,1 s, BPOL = 30 MHz, SWT = 0,005, BINI = 0 μs, BEND = 15,5 μs, NBLK = 32, MS = 1, RFA = 25, RD = 0,1 s, BS = 652, SW = 1 MHz, FLTR = 100 KHz, SF = 8, RINH = 25, ACQD = 25, EWIP = 10, EWEP = 512, EWIB = 1 ve EWEB = 32. Bu alternatif yöntemin sonuçları Şekil 3'ünsağ sütununda gösterilmiştir. Karşılaştırma olarak, sunulan durumlarda, 13C için uç açısı kalibrasyonu için toplam edinme süresi 13,5 dakika, 1H için ise 7,1 saniye idi.

Şekil 5, hiperpolarize manyetizasyon örneklenirken tipik çürüyen FID serisini göstermektedir. Belirli bir BRLX'teki her T1 ölçümü, DNP aygıtından ayrı bir hiperpolarize çözünmedir. Bu özel durumda, gevşeme alanı (BRelax)0.2916 mT, 3.4 s tekrarlama süresi ve 5 ° bir çevirme açısı ile oldu. Tüm numune sıcaklıkları 37 °C (±0.5 °C) olarak kontrol edildi.

Şekil 6, bir önceki şeklin verilerinden elde edilen hiperpolarize [1-13C] pirüuvat için gevşeme eğrisini sunar. Eğrideki her mavi nokta BIR FID altındaki alanı temsil eder. T1 değeri (53.9 ± 0.6s), uyarma için kullanılan flip açısının etkilerini de içeren bozunma eğrisi verilerine sinyal denkleminin doğrusal olmayan en küçük kareleri ile elde edilmiştir. Uyumun iyiliği, veri noktalarının eşit ağırlıklanması varsayarak R2 değeri (0,9995) hesaplandırarak değerlendirildi. Montaj artıkları (veri sığdırmaz) açık üçgenler olarak gösterilir.

Şekil 7, 0,237 mT ve 0,705 T 37 °C (±0,5 °C) aralığındaki 26 ölçüm için T1 sonuçlarını sunar. T1 tüm sonuçlar için ±0.33 s ortalama uygun belirsizlik vardı. Belirli bir gevşeme alanında tekrarlanan ölçümlerin saçılımının analizi, yukarıda belirtilen istatistiksel belirsizlikten birkaç kat daha büyük deneysel birtekrarlanabilirlik ve T1'in 1,91 s'lik bir kısmı ile sonuçlandı. Yukarıda belirtilen iki belirsizliğin toplamı olarak hesaplanan tüm T1 ölçümleri için 2,24 s'lik bir belirsizlik konservatif olarak atanmıştır. T1-dağılım verileri ampirik formül T1 = (3,74 ± 0,52) x log10(BRelax) + (63.0 ± 1.2) s; Nerede BRelax Tesla ölçülen gevşeme alanıdır. Uygun parametreler için belirsizlikler bir standart sapmayı temsil eder. Şekil 7'deki düz çizgi, formülü %95 güven bantlarını temsil eden kesik çizgilerle birlikte temsil eder. bu numunelerin pH'ları 7.63 ile 7.93 arasında değişmekte, ortalama pH 7.75 ve standart sapma 0.09 olarak değişmektedir. Sonuçların analizi, C-1 çekirdeğinin gevşeme süresinin dünya manyetik alanında ~46,9 s (0,05 mT) olduğunu, 3 T'de ~ 65 s ile karşılaştırıldığında %28'lik bir düşüşü temsil ettiğini göstermiştir.

Figure 1
Şekil 1 : [1-13C]piruvik asit molekülü. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 2
Şekil 2 : En uygun polarizasyon frekansını gösteren tam menzilli mikrodalga süpürme ve yakınlaştırma bölümü. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 3
Şekil 3 : 13C (sol) ve 1H (sağ) numuneler için uç açısı kalibrasyonu. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 4
Şekil 4 : Belirli bir gevşeme alanında hiperpolarize numunenin T1-gevşeme süresini ölçmek için alan döngülüdarbe dizisi (HPUB/S). Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 5
Şekil 5 : HPUB/S darbe dizisi ile elde edilen FID dizisi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 6
Şekil 6 : Gevşeme sinyali (mavi nokta), eğri uydurma (kırmızı çizgi) ve sunulan FID'lerin dizisinden elde edilen montaj hatası (açık üçgenler) Şekil 5. Bu rakam Chattergoon ve ark. 201334'ünizniyle değiştirilmiştir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 7
Şekil 7 : Düşük manyetik alanlarda hiperpolarize [1-13C] pirüvik asit NMRD profili. Bu rakam Chattergoon ve ark. 201334'ünizniyle değiştirilmiştir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Parametre Kısa Açıklama Yorum Birim
ACQD Satın alma gecikmesi Geçiş ten sonra ve veri toplamadan önce manyetik alanın sabit duruma ulaşmasına izin vermek için gerekli gecikme μs
BACQ Satın Alma Alanı 1H Larmor frekansı ile belirtilir Mhz
Viraj Son değer Dizili parametrenin son değeri
BINI İlk değer Dizili parametrenin ilk değeri
BPOL Polarizasyon Alanı 1H Larmor frekansı ile belirtilir Mhz
BRLX Dinlenme Alanı 1H Larmor frekansı ile belirtilir Mhz
Bs Blok boyutu Tek bir bloktaki veri noktalarının sayısı
EWEB Bitiş bloğu Blok Sayısı (NBLK) aralığındaki herhangi bir aramsayı. 0 "tüm" anlamına gelir
EWEP Bitiş noktası Blok boyutu (BS) aralığındaki herhangi bir kisa numarası. 0 "tüm" anlamına gelir
EWIB İlk blok 1'den blok sayısına (NBLK)
EWEP Başlangıç noktası 1'den blok boyutuna (BS) kadar
Exp Deney Kullanılacak darbe dizisinin adı
FLTR Filtreyi gözlemle Ses sinyali filtrelerinin kesme frekansı Hz
Bayan Maksimum taramalar İstenilen ortalama sayısı
NBLK Blok sayısı Dizili parametre için kesit sayısı. Dizili parametre "13CANGLE" ve "ANGLE" darbe dizileri için "PW90", "HPUB/S" darbe dizisi için "T1MX"tir. PW90 her yinelemeden sonra değişir ancak T1MX sabit kalır.
NUC Çekirdeği Bu protokol için 13C veya 1H
Pw Ana RF darbesi Uç açısı Derece (°)
PW90 90deg darbe 90 derecelik nabız süresi μs
Rd Geri dönüşüm gecikmesi Ön tazyikmıknatıs soğutma aralığı S
RFA RF zayıflaması RF alıcı zayıflaması Db
RINH Alıcı inhibe RF-bobin halkasının çürümesine izin vermek için gerekli gecikme μs
Sf Sistem Frekansı Satın alma sırasında kullanılan larmor frekansı Mhz
Sw Süpürme Genişliği Spektral pencere genişliği (Nyquist Frekansı) Hz
Swt Anahtarlama süresi Küresel mıknatıs anahtarlama süresi S
T1MX Maksimum T1 HPUB/S darbe dizisi tarafından her tekrar sırasında polarizasyon süresini tanımlamak için kullanılan parametre S
TPOL Polarizasyon süresi Her tekrar sırasında polarizasyon süresini tanımlamak için "ANGLE" ve "13CANGLE" darbe dizisi tarafından kullanılan parametre S

Tablo 1: Alan döngüsü gevşetici ölçer tarafından kullanılan parametrelerin açıklaması.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Sinyal alımını geliştirmek için DNP'nin kullanılması, hayvan enjeksiyonlarında kullanıldığı gibi sınırlı konsantrasyonlarda 13C çekirdeğinden elde edilen yetersiz manyetik rezonans sinyaline teknik bir çözümdür, ancak diğer deneysel zorluklar da ortaya çıkar. Şekil 7'de gösterilen her gevşeme ölçümü, yeniden ölçüm için çözünmeden sonra repolarize edilemediği için benzersiz olarak hazırlanmış bir numunenin ölçüsünü temsil eder. Bu kaçınılmaz olarak, numunenin tartılması sırasında numune hazırlamadaki küçük farklılıklar veya numunenin eksik çıkarılması ve iyice karıştırılması gibi çözünme işleminin kendisindeki varyasyonlar nedeniyle deneysel değişkenliğe yol açar. çözülme medya ile. Bu değişkenlik, relaxometri sonrası her pirüvat çözeltisinin pH'ı ölçülerek kısmen değerlendirilebilir. DNP cihazına bir miligramdan daha iyi bir şekilde yerleştirilmeden önce stok pirüuvat/radikal karışım ve çözünme ortamının dikkatli bir şekilde tartılmasından bağımsız olarak, deneylerimizde pH'lar 5,5 ile 8,3 arasında değişmekteydi. PH aralığı 7.6 ile 8.0 dışındaki T1 verilerini reddetmeyi seçtik.

Yukarıda da belirtildiği gibi, her örnek için katı hal polarizasyon seviyesi en az %95 idi ve bu da yaklaşık bir saat içinde elde edildi. Sıvı durum polarizasyonu her örnek için tahmin edilmedi; ancak, Aynı numune hazırlama kullanılarak DNP sisteminin periyodik kalite güvencesi yaklaşık %15 likit durum polarizasyon düzeylerine yol açmıştır.

Numune hazırlama sırasında, çözünme ortamı ile DNP çözünme sıvısı yolu arasındaki temastan metal iyon kontaminasyonu oluşabilir. Bu olasılık, metal iyon kontaminasyonundan herhangi birini ayırmak ve spin-kafes gevşemesini korumak için disodyum etilendiamintetraasetik asit (EDTA) eklenmesini gerektir.

Referans28'de kullanılan kapatma yöntemi ve bu protokolde sunulan hızlı alan bisikleti karşılaştırıldığında, kapatma yönteminin ancak servis süresi nin dinlenme süresine göre küçük olması durumunda mümkün olduğunu söyleyebiliriz; aksi takdirde, kapatma süresi boyunca yaşanan ortalama manyetik alanlar önemli bir etkiye sahip olabilir. Kullandığımız hızlı alan bisiklet relaxometer ile, kullanıcı 3 ms kadar düşük gidebilirsiniz anahtarlama süresi tam kontrol, Ancak, hiperpolarize substratlar için, yavaş bir anahtarlama süresi adiabaticity tutmak ve kutuplaşma yok etmek için gereklidir dosyalı geçişler sırasında örnek. Bizim deneyim, hiperpolarize 13C-piruvik asit için, 50 ms gibi düşük bir anahtarlama süresi polarizasyon korumak yok, ama biz 100 veya 200 ms bir anahtarlama süresi kullanarak daha tutarlı sonuçlar gözlendi. kazanım ve geri gevşeme alanlarına geri ölçülen T1 kez göre ihmal edilebilir ve bu ölçümler üzerinde sistematik bir etkisi yoktur. Farklı hiperpolarize substratların farklı manyetik alanlarda ki adiabaticity sınırlarını belirlemek için daha fazla araştırma yapılması gerektiğini düşünüyoruz.

İki yöntem arasındaki bir diğer önemli fark ise, kapama yöntemi için 2 mT ile 18,8 T arasında değişen manyetik alanlar aralığı ve alan bisikleti relaxometresi için 0,237 mT ile 0,705 T arasındadır. Bu bakımdan bu iki yöntemi birbirini tamamlayıcı olarak görebiliriz. Ancak, hiperpolarize bileşikler ile in vivo çalışmalar için, 3 T'ye kadar manyetik alanlar daha yaygındır.

1 mT'den daha az alan gücünde, çevredeki nesnelerden gelen başıboş manyetik alanların gevşeme ölçümlerimiz üzerinde sistematik bir etkisi olduğu gözlenmiştir. Bu alanları ortadan kaldırmak için, biz tasarlanmış ve alan-bisiklet mıknatıs etrafında özel bir manyetik şim ekledi. Buna karşılık, kapatma yöntemi manyetik alanın yaklaşık 2 mT'den 0,2 mT'ye ani bir değişimine neden olan μ-metal silindirik kalkanı kullanır.

Numunenin sıcaklık kontrolü, tüm çürüme eğrisini yakalamak için 300 ila 510 s gerektiren nispeten uzun kazanım süreleri nedeniyle önemliydi. Hiperpolarize solüsyonu dağıtmadan önce NMR tüplerini önceden ısıttık ve daha sonra relaxometri sırasında tüpler üzerinde ısıtılmış, sıcaklıkla düzenlenmiş (37 °C) hava üfleyerek numune sıcaklığını koruduk. Bu, numunenin ölçümler sırasında sabit olması nedeniyle numunenin sıcaklığı tam olarak kontrol edilebildiği için, kapatma yöntemine göre alan bisikleti gevşeticinin önemli bir avantajıdır.

Buna ek olarak, polarize ve relaxometre arasındaki kısa aktarım süresi boyunca ortam sıcaklığıve manyetik alana örnek maruziyetini kontrol etmek pratik değildi. Örneklerin T1'i bilinen manyetik alanlarda ve relaxometre tarafından kontrol edilen sıcaklıkta ölçüldü, bu yüzden taşımanın etkisi sınırlıydı. Taşıma sırasındaki koşullar sadece relaxometrede ölçüm için hayatta kalabilen hiperpolarizasyon miktarını etkileyebilir. Hiperpolarize solüsyonu görüntüleme mıknatısına veya relaxometreye aktarmak için taşınabilir bir tutma alanı mıknatısı (10 mT) geliştirilmiştir; ancak, kısa aktarım süresi göz önüne alındığında bu deneyde kullanımı değerli değildi ancak daha düşük manyetik alanlarda daha fazla T1-dağılıma sahip diğer hiperpolarize sıvılar için yararlı olabilir. 0,01 T'lik bir tutma alanı, taşıma sırasında pirüvatör çözeltisinin T1'ini yaklaşık %18 oranında artıracaktır; ancak, 8 s nispeten kısa transfer süresi ile, bu ölçümler sinyal sadece% 2.3 artış gözlenen olacağını göstermektedir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarların açıklamaları yok.

Acknowledgments

Yazarlar Kanser Araştırma, Görüntüleme Çeviri Programı ve Bu araştırma finansmanı için Kanada Doğa Bilimleri ve Mühendislik Araştırma Konseyi Ontario Enstitüsü teşekkür etmek istiyorum. Ayrıca Albert Chen, GE Healthcare, Toronto, Kanada, Gianni Ferrante, Stelar s.r.l., İtalya ve William Mander, Oxford Instruments, İngiltere ile yararlı tartışmalar kabul etmek istiyorum.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
[1-13C]Pyruvic Acid Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA 677175
10mm NMR Tube Norell, Inc., Morganton NC, USA 1001-8
De-ionized water
Ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt dihydrate (EDTA) Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA E5134
HyperSense Dynamic Nuclear Polarizer Oxford Instruments, Abingdon, UK Includes the following: "DNP-NMR Polarizer" software used to control and monitor the whole DNP polarizer; "RINMR" used to monitor the solid state polarization levels; "HyperTerminal" used to communicate the DNP software with the RINMR software that monitors the solid state polarization level. Also includes the MQC bench top spectrometer to monitor the liquid state polarization in conjunction with it own RINMR software
MATLAB R2017b MathWorks, Natick, MA Include scripts for non-linear fitting of magnetization decay over time and T1 NMRD analysis of hyperpolarized pyruvic acid.
OX063 Triarylmethyl radical Oxford Instruments, Abingdon, UK
pH meter - SympHony VWR International, Mississauga, ON., Canada SB70P
ProHance Bracco Diagnostics Inc. Gadoteridol, Gd-HP-DO3A
Pure Ethanol (100% pure) Commercial Alcohols, Toronto, ON, Canada P016EAAN
Shim Coil Developed in-house
Sodium Chloride Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA S7653
Sodium Hydroxide Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA S8045 
SpinMaster FFC2000 1T C/DC Stelar s.r.l., Mede (PV) Italy Includes the software "AcqNMR" that is used to set experimental parameters, monitor the tuning and matching of the RF coil, loading different pulse sequences, calibrate flip angle, data acquisition and curve fitting, among other functions. Also includes a depth gauge, some weights and a depth stopper.
Trizma Pre-Set Crystals (pH 7.6) Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA T7943

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Golman, K., Zandt, R. I., Lerche, M., Pehrson, R., Ardenkjaer-Larsen, J. H. Metabolic imaging by hyperpolarized 13C magnetic resonance imaging for in vivo tumor diagnosis. Cancer Research. 66 (22), 10855-10860 (2006).
  2. Witney, T. H., Brindle, K. M. Imaging tumour cell metabolism using hyperpolarized 13C magnetic resonance spectroscopy. Biochemical Society Transactions. 38 (5), 1220-1224 (2010).
  3. Kurhanewicz, J., et al. Analysis of cancer metabolism by imaging hyperpolarized nuclei: prospects for translation to clinical research. Neoplasia. 13 (2), 81-97 (2011).
  4. Golman, K., et al. Cardiac metabolism measured noninvasively by hyperpolarized 13C MRI. Magnetic Resonance in Medicine. 59 (5), 1005-1013 (2008).
  5. Golman, K., in 't Zandt, R., Thaning, M. Real-time metabolic imaging. Proceedings of the National Academy of Science of the United States of America. 103 (30), 11270-11275 (2006).
  6. Day, S. E., et al. Detecting response of rat C6 glioma tumors to radiotherapy using hyperpolarized [1- 13C]pyruvate and 13C magnetic resonance spectroscopic imaging. Magnetic Resonance in Medicine. 65 (2), 557-563 (2011).
  7. Gallagher, F. A., et al. Magnetic resonance imaging of pH in vivo using hyperpolarized 13C-labelled bicarbonate. Nature. 453 (7197), 940-943 (2008).
  8. Wilson, D. M., et al. Multi-compound polarization by DNP allows simultaneous assessment of multiple enzymatic activities in vivo. Journal of Magnetic Resonance. 205 (1), 141-147 (2010).
  9. Gallagher, F. A., et al. Production of hyperpolarized [1,4-13C2]malate from [1,4-13C2]fumarate is a marker of cell necrosis and treatment response in tumors. Proceedings of the National Academy of Science of the United States of America. 106 (47), 19801-19806 (2009).
  10. Chen, A. P., et al. Feasibility of using hyperpolarized [1-13C]lactate as a substrate for in vivo metabolic 13C MRSI studies. Magnetic Resonance Imaging. 26 (6), 721-726 (2008).
  11. Gallagher, F. A., Kettunen, M. I., Day, S. E., Lerche, M., Brindle, K. M. 13C MR spectroscopy measurements of glutaminase activity in human hepatocellular carcinoma cells using hyperpolarized 13C-labeled glutamine. Magnetic Resonance in Medicine. 60 (2), 253-257 (2008).
  12. Ardenkjaer-Larsen, J. H., et al. Increase in signal-to-noise ratio of > 10,000 times in liquid-state NMR. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 100 (18), 10158-10163 (2003).
  13. Ishii, M., et al. Hyperpolarized 13C MRI of the pulmonary vasculature and parenchyma. Magnetic Resonance in Medicine. 57 (3), 459-463 (2007).
  14. Lau, A. Z., Chen, A. P., Cunningham, C. H. Integrated Bloch-Siegert B(1) mapping and multislice imaging of hyperpolarized (1)(3)C pyruvate and bicarbonate in the heart. Magnetic Resonance in Medicine. 67 (1), 62-71 (2012).
  15. Lau, A. Z., et al. Rapid multislice imaging of hyperpolarized 13C pyruvate and bicarbonate in the heart. Magnetic Resonance in Medicine. 64 (5), 1323-1331 (2010).
  16. Golman, K., Ardenkjaer-Larsen, J. H., Petersson, J. S., Mansson, S., Leunbach, I. Molecular imaging with endogenous substances. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 100 (18), 10435-10439 (2003).
  17. Johansson, E., et al. Cerebral perfusion assessment by bolus tracking using hyperpolarized 13C. Magnetic Resonance in Medicine. 51 (3), 464-472 (2004).
  18. Johansson, E., et al. Perfusion assessment with bolus differentiation: a technique applicable to hyperpolarized tracers. Magnetic Resonance in Medicine. 52 (5), 1043-1051 (2004).
  19. Albers, M. J., et al. Hyperpolarized 13C lactate, pyruvate, and alanine: noninvasive biomarkers for prostate cancer detection and grading. Cancer Research. 68 (20), 8607-8615 (2008).
  20. Chen, A. P., et al. Hyperpolarized C-13 spectroscopic imaging of the TRAMP mouse at 3T-initial experience. Magnetic Resonance in Medicine. 58 (6), 1099-1106 (2007).
  21. Lupo, J. M., et al. Analysis of hyperpolarized dynamic 13C lactate imaging in a transgenic mouse model of prostate cancer. Magnetic Resonance Imaging. 28 (2), 153-162 (2010).
  22. von Morze, C., et al. Imaging of blood flow using hyperpolarized [(13)C]urea in preclinical cancer models. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 33 (3), 692-697 (2011).
  23. Brindle, K. M., Bohndiek, S. E., Gallagher, F. A., Kettunen, M. I. Tumor imaging using hyperpolarized 13C magnetic resonance spectroscopy. Magnetic Resonance in Medicine. 66 (2), 505-519 (2011).
  24. Park, I., et al. Detection of early response to temozolomide treatment in brain tumors using hyperpolarized 13C MR metabolic imaging. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 33 (6), 1284-1290 (2011).
  25. Bohndiek, S. E., et al. Detection of tumor response to a vascular disrupting agent by hyperpolarized 13C magnetic resonance spectroscopy. Molecular Cancer Therapeutics. 9 (12), 3278-3288 (2010).
  26. Witney, T. H., et al. Detecting treatment response in a model of human breast adenocarcinoma using hyperpolarised [1-13C]pyruvate and [1,4-13C2]fumarate. British Journal of Cancer. 103 (9), 1400-1406 (2010).
  27. Levitt, M. H. Spin dynamics: basics of nuclear magnetic resonance. , John Wiley & Sons. (2001).
  28. Mieville, P., Jannin, S., Bodenhausen, G. Relaxometry of insensitive nuclei: optimizing dissolution dynamic nuclear polarization. Journal of Magnetic Resonance. 210 (1), 137-140 (2011).
  29. Redfield, A. G. Shuttling device for high-resolution measurements of relaxation and related phenomena in solution at low field, using a shared commercial 500 MHz NMR instrument. Magnetic Resonance in Chemistry. 41 (10), 753-768 (2003).
  30. Grosse, S., Gubaydullin, F., Scheelken, H., Vieth, H. -M., Yurkovskaya, A. V. Field cycling by fast NMR probe transfer: Design and application in field-dependent CIDNP experiments. Applied Magnetic Resonance. 17 (2), 211-225 (1999).
  31. Kimmich, R., Anoardo, E. Field-cycling NMR relaxometry. Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy. 44 (3-4), 257-320 (2004).
  32. Guðjónsdóttir, M., Belton, P., Webb, G. Magnetic Resonance in Food Science: Challenges in a Changing World. , The Royal Society of Chemistry. 65-72 (2009).
  33. Anoardo, E., Galli, G., Ferrante, G. Fast-field-cycling NMR: Applications and instrumentation. Applied Magnetic Resonance. 20 (3), 365-404 (2001).
  34. Chattergoon, N., Martinez-Santiesteban, F., Handler, W. B., Ardenkjaer-Larsen, J. H., Scholl, T. J. Field dependence of T1 for hyperpolarized [1-13C]pyruvate. Contrast Media & Molecular Imaging. 8 (1), 57-62 (2013).
  35. Martínez-Santiesteban, F. M., Dang, T. P., Lim, H., Chen, A. P., Scholl, T. J. T1 nuclear magnetic relaxation dispersion of hyperpolarized sodium and cesium hydrogencarbonate-13C. NMR in Biomedicine. 30 (9), 3749 (2017).

Tags

Biyomühendislik Sayı 151 pirüvat spin-kafes gevşeme dinamik nükleer polarizasyon alan-bisiklet relaxometrisi nükleer manyetik gevşeme dağılımı (NMRD) hiperpoloarizasyon
Hiperpolarize Spin-Kafes Gevşeme manyetik alan bağımlılığının ölçülmesi [1-<sup>13</sup>C]pirüuvat
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Kim, S., Martinez-Santiesteban, F.,… More

Kim, S., Martinez-Santiesteban, F., Scholl, T. J. Measuring the Spin-Lattice Relaxation Magnetic Field Dependence of Hyperpolarized [1-13C]pyruvate. J. Vis. Exp. (151), e59399, doi:10.3791/59399 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter