El uso de un de varios compartimentos dinámico sola enzima fantasma de Estudios de hiperpolarizados Agentes de Resonancia Magnética

Summary

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

Abstract

Imaging de sustratos hiperpolarizados por resonancia magnética muestra una gran promesa clínica para la evaluación de los procesos bioquímicos críticos en tiempo real. Debido a las limitaciones fundamentales impuestas por el estado hiperpolarizado, se utilizan comúnmente las técnicas de imagen y de reconstrucción exóticos. Se necesita con urgencia un sistema práctico para la caracterización de los métodos de imagen, multiespectrales dinámicas. Dicho sistema deberá referirse de forma reproducible la dinámica químicos correspondientes de los tejidos normales y patológicos. El sustrato más ampliamente utilizado hasta la fecha se hiperpolarizado [1- ¹³ C] piruvato para la evaluación del metabolismo del cáncer. Se describe un sistema de espectro a base de enzimas que media la conversión de piruvato a lactato. La reacción se inicia por la inyección del agente hiperpolarizado en múltiples cámaras dentro del fantasma, cada uno de los cuales contiene concentraciones de los reactivos que controlan la velocidad de reacción que varían. Múltiples compartimentos son necesarios para asegurar que imasecuencias ging fielmente capturar la heterogeneidad espacial y metabólica de los tejidos. Este sistema ayudará al desarrollo y la validación de estrategias avanzadas de imagen, proporcionando dinámica química que no están disponibles a partir de fantasmas convencionales, así como el control y la reproducibilidad de que no es posible en vivo.

Introduction

El impacto clínico de la resonancia magnética hiperpolarizado (IRM) de ¹³ compuestos marcados-C es críticamente dependiente de su capacidad para medir las tasas de conversión química a través del tiempo real de la espectroscopia de resonancia magnética y espectroscopia de imagen ^1-5. Durante el desarrollo de la secuencia y de verificación, la conversión dinámica química se consigue generalmente a través de in vivo o en modelos in vitro ^{de 6-9} que ofrecen un control limitado y reproducibilidad. Para la prueba robusta y garantía de calidad, se prefiere un sistema más controlado que preserva la conversión química endémica de esta medición. Describimos un método para lograr esta conversión de manera reproducible usando un fantasma dinámica sola enzima.

La mayoría de los estudios con ¹³ agentes ^de C hiperpolarizados se centran en la obtención de imágenes sustratos hiperpolarizados en un entorno biológico de funcionar. Esta es la opción obvia si el objetivo es el estudio biológicoAl procesa o determinar el potencial de impacto en la atención clínica. Sin embargo, si se desea caracterización de algún sistema de medición o de datos algoritmo de procesamiento, los modelos biológicos tienen numerosos inconvenientes tales como la variabilidad espacial y temporal inherente ^10. Sin embargo, fantasmas estáticos convencionales carecen de la conversión química que impulsa el interés clínico primario en MRI de sustratos hiperpolarizados, y no se pueden utilizar para caracterizar la detección de tipos de conversión o de otros parámetros dinámicos ^11. El uso de un sistema enzimático único que podemos proporcionar conversión química controlable y reproducible, lo que permite un examen riguroso de las estrategias de formación de imágenes dinámicas.

Este sistema está dirigido a los investigadores que están desarrollando estrategias de imagen para sustratos hiperpolarizados y desean para caracterizar el rendimiento de comparación con enfoques alternativos. Si las mediciones estáticas son el punto final deseado y estática ¹³ metabolito C-labled fantasmas will suficiente ^11. En el otro extremo, si caracterización biológica más compleja es crítica para el método (entrega, la densidad celular, etc.), entonces se necesitan modelos biológicos reales ^12-14. Este sistema es ideal para la evaluación de estrategias de imagen que tienen como objetivo proporcionar una medida cuantitativa de las tasas de conversión química aparentes.

Protocol

NOTA: (Phantom Diseño) Dos cámaras de 3 ml fueron mecanizadas de Ultem y equipados con tubo de PEEK (1,5875 mm de diámetro exterior y 0,762 mm de diámetro) para inyección y escape. Las cámaras se colocan en un tubo de centrífuga de 50 ml llena de agua (Figura 1). Para evitar vacíos de señal creados por las burbujas, las cámaras y las líneas fueron precargada con agua desionizada (dH2O). 1. Preparación de la solución Preparar la solución ta…

Representative Results

imágenes 2D rebanada selectivos fueron adquiridos utilizando una secuencia de instantáneas radEPSI. imágenes de metabolitos fueron reconstruidas usando retroproyección filtrada. Las imágenes de metabolitos estaban bien alineados con las imágenes de protones, como se ve en la Figura 2. En esta señal de lactato hiperpolarizado sistema sólo puede ser generado a partir de la conversión enzimática de piruvato hiperpolarizado. En la Figura 4, la cám…

Discussion

formación de imágenes en tiempo real de los metabolitos hiperpolarizados tiene muchos desafíos únicos para el diseño de secuencias, validación y control de calidad. La capacidad para resolver la heterogeneidad espacio-temporal y espectral ofrece un potencial clínico sustancial, pero se opone a control de calidad y validación de métodos asociados con la RM convencional. las secuencias de imágenes complejas o algoritmos de reconstrucción pueden tener dependencias sutiles que las hacen difíciles de caracterizar…

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