Utilisation d'un multi-compartiment dynamique unique Enzyme Phantom pour les études de hyperpolarisé Agents de résonance magnétique

Summary

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

Abstract

Imagerie de substrats hyperpolarisés par résonance magnétique est très prometteur pour l'évaluation clinique des processus biochimiques critiques en temps réel. En raison des contraintes fondamentales imposées par l'état hyperpolarisé, les techniques d'imagerie et de reconstruction exotiques sont couramment utilisés. Un système pratique pour la caractérisation des méthodes d'imagerie dynamique, multi-spectrales est critique nécessaire. Un tel système doit reproductible récapituler la dynamique chimiques des tissus normaux et pathologiques. Le substrat le plus largement utilisé à ce jour est hyperpolarisé [1- ¹³ C] -pyruvate pour l' évaluation du métabolisme du cancer. Nous décrivons un système de fantôme à base d'enzyme qui intervient dans la conversion de pyruvate en lactate. La réaction est initiée par l'injection de l'agent hyperpolarisé en plusieurs chambres à l'intérieur du fantôme, dont chacune contient des concentrations de réactifs qui contrôlent la vitesse de réaction variables. Plusieurs compartiments sont nécessaires pour veiller à ce que imaséquences Ging capturer fidèlement l'hétérogénéité spatiale et métabolique des tissus. Ce système facilitera le développement et la validation des stratégies d'imagerie de pointe en fournissant des dynamiques chimiques qui ne sont pas disponibles à partir de fantômes classiques, ainsi que le contrôle et la reproductibilité qui est pas possible in vivo.

Introduction

L'impact clinique de l' imagerie par résonance magnétique hyperpolarisé (IRM) de ¹³ composés C-étiquetés dépend essentiellement de sa capacité à mesurer les taux de conversion chimique à travers le temps réel résonance magnétique spectroscopie et imagerie spectroscopique ^1-5. Au cours du développement de la séquence et de la vérification, la conversion chimique dynamique est généralement réalisée par l' intermédiaire in vivo ou in vitro dans des modèles ^6-9 qui offrent un contrôle limité et de reproductibilité. Pour le test robuste et assurance de la qualité, un système plus contrôlé qui préserve la conversion chimique endémique de cette mesure serait préférable. Nous décrivons une méthode pour réaliser cette conversion de façon reproductible en utilisant un fantôme enzymatique unique dynamique.

La plupart des études avec hyperpolarisés ¹³ agents C se concentrent sur ​​l' imagerie des substrats hyperpolarisés dans un environnement biologique fonctionnement. Ceci est le choix évident si l'objectif est d'étudier biologiqueal traite ou potentiel pour déterminer l'impact sur les soins cliniques. Cependant, si la caractérisation d' un certain algorithme de traitement du système de mesure ou de données est souhaitée, des modèles biologiques présentent de nombreux inconvénients tels que la variabilité spatiale et temporelle inhérente à ^10. Cependant, les spectres statiques conventionnels manquent de conversion chimique qui entraîne l'intérêt clinique primaire en IRM de substrats hyperpolarisés et ne peuvent pas être utilisés pour caractériser la détection des taux de conversion ou d' autres paramètres dynamiques ^11. L'utilisation d'un système enzymatique unique, nous pouvons fournir une conversion chimique contrôlable et reproductible, ce qui permet un examen rigoureux des stratégies dynamiques d'imagerie.

Ce système est dirigé vers les chercheurs qui développent des stratégies d'imagerie pour les substrats hyperpolarisés et souhaitent caractériser la performance pour la comparaison avec d'autres approches. Si les mesures statiques sont le point final désiré , puis statique ¹³ métabolite C-labled Phantoms will suffit ^11. À l'autre extrémité , si la caractérisation biologique plus complexe est critique pour le procédé (livraison, la densité cellulaire, etc.), des modèles biologiques réels seront nécessaires ^12-14. Ce système est idéal pour l'évaluation des stratégies d'imagerie qui visent à fournir une mesure quantitative du taux apparent de conversion chimique.

Protocol

NOTE: (Phantom Design) Deux 3 ml chambres ont été usinées sur Ultem et munis d'un tube de PEEK (1,5875 mm OD et 0,762 mm ID) pour l'injection et l'échappement. Les chambres ont été placées dans un tube de centrifugeuse de 50 ml remplie d'eau (figure 1). Pour éviter les vides de signaux créés par les bulles, les chambres et les lignes ont été pré remplies avec de l' eau déminéralisée (dH 2 O). 1. Préparation de la solution <ol…

Representative Results

images 2D Slice sélectives ont été acquises à l'aide d'une séquence de snapshot radEPSI. images métabolites ont été reconstruits à l'aide rétroprojection filtrée. Les images des métabolites sont bien alignés avec les images de protons, comme on le voit sur ​​la figure 2. Ce signal de lactate de système hyperpolarisé ne peut être générée à partir de la conversion enzymatique de la pyruvate hyperpolarisé. Sur la figure 4,</stron…

Discussion

imagerie en temps réel des métabolites hyperpolarisés a de nombreux défis uniques pour la conception de la séquence, la validation et le contrôle qualité. La capacité de résoudre l'hétérogénéité spatio-temporelle et spectrale offre un potentiel clinique substantielle, mais exclut les méthodes d'assurance qualité et de validation associés à l'IRM conventionnelle. séquences d'imagerie complexes ou des algorithmes de reconstruction peuvent avoir des dépendances subtiles qui les rendent d…

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