L'uso di un multi-comparto dinamico singolo enzima Phantom per gli Studi di hyperpolarized Risonanza Magnetica Agents

Summary

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

Abstract

Imaging di substrati hyperpolarized di risonanza magnetica mostra una grande promessa per la valutazione clinica dei processi biochimici critici in tempo reale. A causa di vincoli fondamentali imposti dallo Stato iperpolarizzato, tecniche di imaging e di ricostruzione esotiche sono comunemente usati. è criticamente necessario un sistema pratico per la caratterizzazione delle dinamiche, metodi di imaging multi-spettrale. Tale sistema deve riproducibile ricapitolare le dinamiche chimici utili dei tessuti normali e patologici. Il substrato più ampiamente utilizzato fino ad oggi è hyperpolarized [1- ¹³ C] -pyruvate per la valutazione del metabolismo del cancro. Descriviamo un sistema phantom a base di enzimi che media la conversione del piruvato in lattato. La reazione viene iniziata mediante iniezione dell'agente iperpolarizzato in più sezioni nell'ambito del fantoccio, ciascuno dei quali contiene diverse concentrazioni di reagenti che controllano la velocità di reazione. Più compartimenti sono necessarie per garantire che imasequenze ging catturano fedelmente l'eterogeneità spaziale e metaboliche del tessuto. Questo sistema sarà di aiuto allo sviluppo e la convalida di strategie di imaging avanzate, fornendo dinamiche chimiche che non sono disponibili da fantasmi convenzionali, così come il controllo e la riproducibilità ciò non è possibile in vivo.

Introduction

L'impatto clinico della risonanza magnetica iperpolarizzato (MRI) di ¹³ composti C-marcati è criticamente dipendente dalla sua capacità di misurare i tassi di conversione chimica nel tempo reale spettroscopia di risonanza magnetica e spettroscopia di imaging ^1-5. Durante lo sviluppo sequenza e la verifica, conversione chimica dinamica viene generalmente ottenuta attraverso in vivo o in vitro ^6-9 che offrono un controllo limitato e riproducibilità. Per il test robusto e la garanzia della qualità, un sistema più controllato che conserva la conversione chimica endemica a questa misura sarebbe preferibile. Descriviamo un metodo per realizzare questa conversione in modo riproducibile utilizzando un singolo dinamica phantom enzima.

La maggior parte degli studi con hyperpolarized ¹³ agenti C Focus on Imaging substrati hyperpolarized in un ambiente biologico funzionante. Questa è la scelta più ovvia se l'obiettivo è quello di studiare biologicaAl trattate o determinare un potenziale di impatto sulla cura clinica. Tuttavia, se la caratterizzazione di qualche algoritmo di elaborazione del sistema di misura o di dati è desiderato, modelli biologici presentano numerosi inconvenienti quali intrinseca variabilità spaziale e temporale ^10. Tuttavia, fantasmi statiche convenzionali hanno la conversione chimica che guida l'interesse clinico primario in MRI di substrati hyperpolarized, e non possono essere utilizzati per caratterizzare rilevamento di tassi di conversione o altri parametri dinamici ^11. Utilizzando un unico sistema enzimatico possiamo fornire conversione chimica controllabili e riproducibili, consentendo rigoroso esame delle strategie di imaging dinamico.

Questo sistema è rivolto ai ricercatori che stanno sviluppando strategie di imaging per substrati hyperpolarized e desiderano caratterizzare le prestazioni per il confronto con approcci alternativi. Se le misurazioni statiche sono il punto finale desiderato quindi statico ¹³ C-etichettati metabolita fantasmi will bastare ^11. Sull'altra estremità se più caratterizzazione biologico complesso è fondamentale per il metodo (consegna, densità cellulare, ecc), allora saranno necessari modelli biologici effettive ^12-14. Questo sistema è ideale per la valutazione delle strategie di imaging che mirano a fornire una misura quantitativa dei tassi di conversione chimica apparenti.

Protocol

NOTA: (Phantom Design) Due 3 ml camere sono state ricavate da Ultem e dotati di tubi in PEEK (1,5875 millimetri OD e 0,762 millimetri ID) per l'iniezione e di scarico. Le sezioni sono state poste in una provetta da centrifuga da 50 ml riempito con acqua (Figura 1). Per evitare vuoti di segnale creati da bolle, le camere e le linee sono stati pre riempiti con acqua deionizzata (DH 2 O). 1. Soluzione Preparazione Preparare 1 soluzione tampone L (81,3 …

Representative Results

immagini 2D Slice-selettivi sono state acquisite utilizzando una sequenza di istantanee radEPSI. immagini metabolita sono state ricostruite utilizzando di nuovo filtrato proiezione. Le immagini metabolita erano ben allineati con immagini di protoni, come visibile in figura 2. In questo sistema iperpolarizzato segnale lattato può essere generata solo dalla conversione enzimatica di piruvato iperpolarizzato. In figura 4, la camera inferiore, con concentra…

Discussion

l'imaging in tempo reale di metaboliti hyperpolarized ha molte sfide uniche per la progettazione sequenza, convalida e controllo qualità. La capacità di risolvere l'eterogeneità spazio-temporale e spettrale offre un notevole potenziale clinico, ma preclude QA e validazione metodi associati con la RM convenzionale. sequenze di immagini complesse o algoritmi di ricostruzione possono avere dipendenze sottili che li rendono difficili da caratterizzare o convalidare al di fuori di questo esperimento di imaging. L&…

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