Hiperpolarize Manyetik Rezonans Ajanlar Araştırmaları bir Multi-bölmesi Dinamik Tek Enzim Phantom Kullanımı

Bu prosedürün genel amacı, kontrollü bir fantom ortamında hiperpolarize piruvatın laktata dönüşümünü manyetik rezonans görüntüleme veya MRI ile ölçmektir. Bu yöntem, bir sistemin piruvatın kimyasal dönüşümünü manyetik rezonans yoluyla tespit edebilme yeteneği gibi, hiperpolarize MRI alanındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Bu tekniğin temel avantajı, piruvatın kimyasal dönüşümünün in vivo metabolizmaya benzer şekilde ilerlemesi ancak canlı sistemlere göre daha kontrol edilebilir ve tekrarlanabilir olmasıdır.

Çoğu kanserde yaygın olarak görülen piruvatın laktata yüksek dönüşüm oranı fantom ortamı tarafından simüle edildiğinden, bu tekniğin etkileri kanser teşhisine kadar uzanmaktadır. Bu yöntem kanser hakkında bilgi sağlayabilse de, kardiyak metabolizma gibi diğer metabolik görüntülemelere de uygulanabilir. Genel olarak, bu yöntemde yeni olan kişiler, hiperpolarize ortamların doğasında bulunan zaman kısıtlamalarının kısa olması nedeniyle zorluk yaşayabilirler.

Çözünme ve püskürtme basamaklarının hızlı gerçekleşmesi ve hassasiyetle uygulanması gerektiği için öğrenilmeleri zordur; bu nedenle bu yöntemin görsel olarak gösterilmesi kritik önem taşımaktadır. Dinamik nükleer polarizasyon veya DNP sistemi için kullanılan bir örnek kabına 0.3 µL gadoteridol çözeltisi ve 13 mg pirüvik asit çözeltisi pipetleyin. Bu karışımı örnek kabı içerisinde bir pipet ucuyla kısa süreliğine karıştırın.

DNP sistem konsolundaki örnek yerleştirme düğmesine tıklayarak örnek yerleştirme işlemini başlatın. Örnek sihirbazında normal örnek seçeneğini belirleyin ve sonraki düğmesine tıklayın. Örnek kabını dikey tutarak, yerleştirme çubuğunu nazikçe örnek kabının üzerine yerleştirin.

İstendiğinde DNP sistemini açın ve yerleştirme çubuğunu kullanarak kabı değişken sıcaklıklı ek parçaya yerleştirin. Örneği değişken sıcaklıklı ek parçaya bırakmak için örnek yerleştirme çubuğunun ucundaki pistonu çekin. Örnek yerleştirme çubuğunu sistemden çıkarın ve DNP sistem konsolundaki sonraki düğmesine tıklayın.

Ardından, DNP sistem konsolundaki numuneyi polarize et (polarise sample) düğmesine tıklayarak polarizasyonu başlatın. RINMR yazılımında, polarizasyon izleme yazılımına HYPERSENSENMR yazın. Biriktirme (build up) yapılandırmasını bir olarak ayarlayın ve enter tuşuna basın.

Ardından solid build up seçeneğine tıklayın. Kayıt dosyasının konumunu ve adını belirledikten sonra DNP sistem konsolundaki açılır sekmeden karbon 13 profilini seçin. İleri'ye tıklayın.

Birikim sırasında örnekleme yapmayı etkinleştirmek için kutucuğu işaretleyin. Örnekleme süresini 300 saniye olarak ayarlayın ve işlemi bitirmek için "finish up" butonuna tıklayın. Son olarak, beş mililitrelik bir şırınga ile hacimsel olarak veya bir terazi kullanarak ağırlıkla 3.85 gram çözünme ortamı ölçün.

Fantomu, enjeksiyon hatlarına kolayca erişilecek şekilde mıknatısın merkezine yerleştirin. Egzoz hattından tahliye edilecek sıvıyı toplamak için uygun bir kap olduğundan emin olun. 240 µL NADH çözeltisini, 125 µL LDH çözeltisini ve 335 µL tamponu karıştırarak yüksek aktiviteli enzim karışımını hazırlayın.

Çözeltiyi, enjeksiyon hattına bağlanabilen üç mililitrelik bir şırıngada tutun. Ardından, 240 µL NADH çözeltisini, 75 µL LDH çözeltisini ve 385 µL tamponu birbirine karıştırarak düşük aktiviteli enzim karışımını hazırlayın. Bu karışımı, enjeksiyon hattına bağlanabilen ayrı bir üç mililitrelik şırıngada tutun.

İlk konumlandırmayı gerçekleştirmek için yeni bir lokalizör taraması yükleyin. Acq/Reco seçeneğini belirleyerek proton bobinini hafifçe oynatın. Ayarlama platformunu görüntüleyin ve açın.

Ayarlama panelinden Wobble Adjust seçeneğini belirleyin ve ppen düğmesine tıklayın. Tarama genişliğini on megahertz olarak ayarlayın ve set up düğmesine tıklayın. Bir süre sonra, proton bobinlerinin tuning ve matching işlemleri kazanım penceresinde görünmelidir.

Sargı elemanını 13C veya ikinci element olarak değiştirip tarama genişliğini beş megahertz olarak ayarlayarak karbon sargısını sallayın (wobble). Bir süre sonra karbon sargısının ayarlanması (tuning) ve eşleşmesi (matching) veri toplama penceresinde görünmelidir; uygun şekilde ayarlandığında durdur düğmesine basın. Tarama kontrolüne dönmek için önce uygula (apply), ardından geri (back) düğmesine basın ve son olarak taramayı başlatmak için devam et (continue) düğmesine basın.

Çözünme işlemine başlamadan önce bu adımdaki taramanın tamamen kurulmuş olması kritik önem taşır. Çözünme başladıktan sonra işlem durdurulmamalıdır ve hiperpolarize piruvat iletilmeden önce sekans parametrelerini ayarlamak için çok az zaman kalacaktır. Yeni bir radyo eko planar spektroskopik görüntüleme taraması yükleyin.

Tüm reaksiyon odasını kapsayacak şekilde kesit kalınlığını 30 milimetreye ayarlayın. Sistem sekmesini seçip çalışma modunu 13C iletim alım olarak değiştirerek çalışma modunu karbon 13'e ayarlayın. Piruvat %90'tan daha fazla polarizasyona ulaştığında, çözeltiler ve fantom hazır hale gelmiş ve tarama yapılandırılmış olur.

DNP sistem konsolundaki çözünme başlatma düğmesine tıklayın. İstenildiğinde çözünme çubuğunu çalışma konumuna getirin ve çözünme ortamını enjekte edin. DNP sistemini kapatın ve DNP sistem konsolundaki tamamlandı düğmesine tıklayın.

Piruvat ve enzimin enjeksiyonunun sorunsuz bir şekilde yapılması önemlidir. Bu, enzim karışımının düzgünce karıştırılmasını ve kimyasal dönüşüm tamamlanmadan önce fantom odasına iletilmesini sağlayacaktır. DNP sistemi hiperpolarize piruvat aspiratını ilettiğinde, yüksek ve düşük enzim konsantrasyonlu çözelti şırıngalarının her birine 500 µL piruvat çözeltisi aktarılır.

Her bir şırıngayı yavaşça bir enjeksiyon hattına enjekte edin. Kullanılan tarama protokolüne bağlı olarak tarama, enjeksiyondan önce veya enjeksiyondan hemen sonra başlatılabilir. Çözünme tamamlandıktan sonra, istendiğinde çözünme çubuğunu dinlenme konumuna geri getirin ve ardından bitir düğmesine tıklayın.

Radyo eko planarı spektral görüntüleme dizisinin temsili sonuçları burada gösterilmiştir. Pirüvat görüntüsü, her iki kamarada da güçlü pirüvat sinyalini göstermektedir. Laktat görüntüsü ise daha zayıf bir laktat sinyali göstermekle birlikte, hala kamaralarla sınırlıdır.

Hiperpolarize laktat ve piruvatın sinyal oranı, her bir bölmedeki enzim aktivitesini tahmin etmek için kullanılabilir. Her bölmedeki sinyal oranları, mevcut enzim aktivitesiyle örtüşmektedir. Uzmanlaşıldığında, bu teknik bir saat içinde tamamlanabilir.

Bu prosedürü uygularken, çözünme işlemine başlamadan önce fantom karışımının ve görüntüleme sekansının hazır olduğundan emin olmak önemlidir. Bu prosedürün ardından, bir sekansın diğer kimyasal reaksiyonları ne kadar iyi görüntüleyebileceği gibi ek soruları yanıtlamak için diğer hiperpolarize ajanlar ve enzimler de kullanılabilir. Bu teknik, hiperpolarize MR alanındaki araştırmacıların, tekrarlanabilir fantomlar kullanarak sekans performansını keşfetmelerinin önünü açmaktadır.

Bu videoyu izledikten sonra, hiperpolarize piruvatın laktata dönüşümünü kolaylaştırmak için enzim karışımının nasıl hazırlanacağı ve görüntüleme için karbon 13 ile zenginleştirilmiş piruvatın nasıl polarize edileceği konusunda iyi bir anlayışa sahip olmalısınız. Güçlü manyetik alanlarla çalışmanın son derece tehlikeli olabileceğini ve tarama odasına kontrollü erişim gibi önlemlerin her zaman alınması gerektiğini unutmayın.