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

Summary

A multi-compartment dynamic phantom is used to simulate some biology of interest for metabolic studies using hyperpolarized magnet resonance agents.

Abstract

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.

Introduction

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.

Protocol

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 Prepare 1 litro solução tamp…

Representative Results

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 L…

Discussion

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 …

Materials

BioSpect 7T	Bruker	BioSpec 70/30 USR	7 Tesla Pre-Clinical MRI Scanner
HyperSense	Oxford Instruments	Hypersense DNP Polarizer	Dynamic Nuclear Polarizer for MRI agents
1-13C-Pyrvic Acid	Sigma Aldrich	677175	Carbon 13 labled neat pyruvic acid
Trityl Radical	GE Healthcare	OX063	Free radical used in Dynamic Nuclear Polarization
NaOH	Sigma Aldrich	S8045
EDTA	Sigma Aldrich	E6758	Ethylenediaminetetraacetic acid
LDH	Worthingthon	LS002755	Lactate Dehydrogenase from rabbit muscle
NADH	Sigma Aldrich	N4505	β-Nicotinamide adenine dinucleotide, reduced dipotassium salt
Trizma	Sigma Aldrich	T7943	Trizma® Pre-set crystals
NaCl	Sigma Aldrich	S7653