Hyperpolarized चुंबकीय अनुनाद एजेंटों के अध्ययन के लिए एक बहु डिब्बे गतिशील एकल एनजाइम प्रेत का उपयोग
Summary
A multi-compartment dynamic phantom is used to simulate some biology of interest for metabolic studies using hyperpolarized magnet resonance agents.
Abstract
चुंबकीय अनुनाद द्वारा hyperpolarized substrates की इमेजिंग वास्तविक समय में महत्वपूर्ण जैव रासायनिक प्रक्रियाओं के आकलन के लिए महान नैदानिक वादा दिखाता है। मौलिक बाधाओं hyperpolarized राज्य द्वारा लगाए गए के कारण, विदेशी इमेजिंग और पुनर्निर्माण तकनीक आमतौर पर इस्तेमाल किया जाता है। गतिशील, बहु वर्णक्रमीय इमेजिंग तरीकों के लक्षण वर्णन के लिए एक व्यावहारिक प्रणाली समीक्षकों की जरूरत है। इस तरह की एक प्रणाली reproducibly सामान्य और रोग के ऊतकों के प्रासंगिक रासायनिक गतिशीलता पुनरावृत्ति चाहिए। आज तक का सबसे व्यापक रूप से उपयोग सब्सट्रेट कैंसर चयापचय के आकलन के लिए hyperpolarized है [1- 13 सी] -pyruvate। हम एक एंजाइम आधारित प्रेत प्रणाली है कि लैक्टेट को पाइरूवेट के रूपांतरण में मध्यस्थता का वर्णन है। प्रतिक्रिया प्रेत के भीतर कई कक्षों, जिनमें से प्रत्येक अभिकर्मकों कि प्रतिक्रिया की दर को नियंत्रित की सांद्रता अलग-अलग होता है में hyperpolarized एजेंट के इंजेक्शन द्वारा शुरू की है। एकाधिक डिब्बों कि यह सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक हैं आईएमएging दृश्यों ईमानदारी से ऊतक के स्थानिक और चयापचय विविधता पर कब्जा। इस प्रणाली है कि इन विवो में संभव नहीं है रासायनिक गतिशीलता है कि पारंपरिक phantoms से उपलब्ध नहीं हैं, साथ ही नियंत्रण और reproducibility प्रदान करके विकास और उन्नत इमेजिंग रणनीतियों के सत्यापन सहायता करेगा।
Introduction
13 सी लेबल यौगिकों के hyperpolarized चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई) के नैदानिक प्रभाव गंभीर रूप से वास्तविक समय चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रोस्कोपी और स्पेक्ट्रोस्कोपी इमेजिंग 1-5 के माध्यम से रासायनिक रूपांतरण दर को मापने के लिए अपनी क्षमता पर निर्भर है। अनुक्रम विकास और सत्यापन के दौरान, गतिशील रासायनिक रूपांतरण आम तौर पर इन विवो में या इन विट्रो मॉडल 6-9 की पेशकश है कि सीमित नियंत्रण और reproducibility में के माध्यम से हासिल की है। मजबूत परीक्षण और गुणवत्ता आश्वासन के लिए, एक और अधिक नियंत्रित प्रणाली है कि रासायनिक रूपांतरण इस माप के लिए स्थानिक को बरकरार रखता है को प्राथमिकता दी जाएगी। हम एक गतिशील एकल एंजाइम प्रेत का उपयोग कर एक प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य तरीके से इस रूपांतरण प्राप्त करने के लिए एक विधि रूपरेखा।
Hyperpolarized 13 सी एजेंटों के साथ सबसे अध्ययन एक कार्य जैविक वातावरण में hyperpolarized substrates इमेजिंग पर ध्यान केंद्रित। यह स्पष्ट पसंद लक्ष्य जीवविज्ञान का अध्ययन करने के लिए है, तो हैअल प्रक्रियाओं या चिकित्सीय देखभाल पर प्रभाव के लिए क्षमता का निर्धारण। हालांकि, अगर कुछ माप प्रणाली या डाटा प्रोसेसिंग एल्गोरिथ्म के लक्षण वर्णन वांछित है, जैविक मॉडल ऐसे निहित स्थानिक और लौकिक परिवर्तनशीलता 10 के रूप में कई कमियां हैं। हालांकि, पारंपरिक स्थिर phantoms रासायनिक रूपांतरण कि hyperpolarized substrates के एमआरआई में प्राथमिक नैदानिक ब्याज ड्राइव की कमी है, और रूपांतरण दर या अन्य गतिशील मानकों को 11 का पता लगाने के लिए चिह्नित करने के लिए इस्तेमाल नहीं किया जा सकता। एक एंजाइम प्रणाली का प्रयोग हम कर सकते हैं चलाया हुआ और प्रतिलिपि प्रस्तुत रासायनिक रूपांतरण प्रदान करते हैं, गतिशील इमेजिंग रणनीतियों की कठोर परीक्षा सक्षम करने से।
इस प्रणाली के जांचकर्ताओं जो hyperpolarized substrates के लिए इमेजिंग रणनीति विकसित करने और वैकल्पिक दृष्टिकोण के खिलाफ तुलना के लिए प्रदर्शन को चिह्नित करना चाहते हैं करने के लिए निर्देशित किया गया है। स्थिर माप वांछित समापन बिंदु हैं तो स्थिर 13 सी-चिट्ठा मेटाबोलाइट वाई PhanToms11 पर्याप्त होगा। दूसरे छोर पर तो और अधिक जटिल जैविक लक्षण वर्णन विधि (वितरण, सेलुलर घनत्व, आदि) तो वास्तविक जैविक मॉडल 12-14 आवश्यक हो जाएगा करने के लिए महत्वपूर्ण है। इस प्रणाली इमेजिंग रणनीति है कि स्पष्ट रासायनिक रूपांतरण दर का एक मात्रात्मक उपाय उपलब्ध कराने के उद्देश्य के आकलन के लिए आदर्श है।
Protocol
Representative Results
Discussion
hyperpolarized चयापचयों का वास्तविक समय इमेजिंग अनुक्रम डिजाइन, सत्यापन, और गुणवत्ता नियंत्रण के लिए कई अद्वितीय चुनौतियों का सामना किया। spatiotemporal और वर्णक्रम विविधता को हल करने की क्षमता पर्याप्त नैदानिक क्?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम CPRIT अनुदान (RP140021-पी -5) और एक जूलिया जोन्स मैथ्यू कैंसर रिसर्च स्कॉलर CPRIT अनुसंधान प्रशिक्षण पुरस्कार (RP140106, CMW) द्वारा समर्थित किया गया।
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 |
Riferimenti
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