Lựa chọn các cơ chất nội sinh 13C để quan sát chuyển hóa nội bào bằng kỹ thuật phân cực hạt nhân động

Radiation Medicine - Tập 28 - Trang 173-179 - 2010
Masafumi Harada1, Hitoshi Kubo1, Takamasa Abe2, Hiroshi Maezawa3, Hideki Otsuka4
1Department of Medical Imaging, Institute of Health Biosciences, University of Tokushima Graduate School, Tokushima, Japan
2MRI/Biotools Division, Oxford Instruments KK, Tokyo, Japan
3Department of Radiation Physics, Engineering, and Biology, Institute of Health Biosciences, University of Tokushima Graduate School, Tokushima, Japan
4Department of Radiology, Institute of Health Biosciences, University of Tokushima, Tokushima, Japan

Tóm tắt

Mục tiêu của nghiên cứu này là lựa chọn một ứng cử viên cơ chất phù hợp cho các nghiên cứu phân cực hạt nhân động (DNP) và chứng minh tính hữu ích của nó trong việc đánh giá chuyển hóa nội bào. Các chất hyperpolarized bao gồm 1-13C-pyruvate (Pyr), 1-13C-glucose (Glc) và 1-13C-acetate. Một máy phân cực DNP và một máy quét nhỏ 600-MHz đã được sử dụng cho các phép đo quang phổ MR 13C. Sau khi phân cực trong 1 giờ, dung dịch tan được tiêm qua một đường capillary vào ống hạt nhân trong máy quét. Các quang phổ tuần tự của các cơ chất gán nhãn 13C hyperpolarized đã được thu thập trong thời gian hơn 120 giây, và một quang phổ nhiệt được thu thập hơn 1 giờ sau đó. Các tế bào ung thư FM3A của khối u vú đã được nuôi cấy để phát hiện nội bào các chất 13C hyperpolarized. Độ nhạy cao nhất được tìm thấy khi sử dụng Pyr với thời gian phân rã T1 dài nhất (51.5 giây); và đáng chú ý, độ nhạy thấp nhất được quan sát khi sử dụng Glc với thời gian phân rã tín hiệu dưới 2 giây. Một sự gia tăng hiệu quả về độ nhạy đã được thể hiện khi sử dụng các chất khác. Nghiên cứu tế bào nội bào hyperpolarized sử dụng 13C-Pyr cho thấy sự gia tăng rõ rệt của mức lactate. Kỹ thuật DNP hữu ích trong việc đánh giá chuyển hóa nội bào. Tuy nhiên, Glc không phù hợp để sử dụng với kỹ thuật DNP.

Từ khóa

#dynamical nuclear polarization #hyperpolarized substrates #intracellular metabolism #13C-MR spectroscopy #cancer cell detection

Tài liệu tham khảo

Morris P, Bachelard H. Reflections on the application of 13C-MRS to research on brain metabolism. NMR Biomed 2003;16:30–12.

Hancuso A, Zhu A, Beardsley NJ, Glickson JD, Wehrii S, Pickup S. Artificial tumor model suitable for monitoring 31P and 13C NMR spectroscopic changes during chemotherapy-induced apoptosis in human glioma cells. Magn Reson Med 2005;54:67–78.

Brennan L, Hewage C, Malthouse JP, McBean GJ. Gliotoxins disrupt alanine metabolism and glutathione production in C6 glioma cells: a 13C NMR spectroscopic study. Neurochem Int 2004;45:1155–1165.

Sonnewald U, Kondziella D. Neuronal glial interaction in different neurological diseases studied by ex vivo 13C NMR spectroscopy. NMR Biomed 2003;16:424–429.

Ross B, Lin A, Harris K, Bhattacharya P, Schweinsburg B. Clinical experience with 13C MRS in vivo. NMR Biomed 2003;16:358–369.

De Graaf RA, Mason GF, Patel AB, Behar KL, Rothman DL. In vivo 1H-[13C]-NMR spectroscopy of cerebral metabolism. NMR Biomed 2003;16:339–357.

Gruetter R, Adriany G, Choi IY, Henry PG, Lei H, Oz G. Localized in vivo 13C NMR spectroscopy of the brain. NMR Biomed 2003;16:313–338.

Ardenkjar-Larsen JH, Fridlund B, Gram A, Hansson G, Hansson L, Lerche MH, et al. Increase in signal-to-noise ratio of >10,000 times in liquid-state NMR. Proc Natl Acad Sci U S A 2003;100:10158–10163.

Day IJ, Mitchell JC, Snowden MJ, Davis AL. Applications of DNP-NMR for the measurement of heteronuclear T1 relaxation times. J Magn Reson 2007;187:216–224.

Day SE, Kettunen MI, Gallagher FA, Hu DE, Lerche M, Wolber J, et al. Detecting tumor response to treatment using hyperpolarized 13C magnetic resonance imaging and spectroscopy. Nat Med 2007;13:1382–1387.

Golman K, Zandt RI, Lerche M, Pehrson R, Adrenkajaer-Larsen JH. Metabolic imaging by hyperpolarized 13C magnetic resonance imaging for in vivo tumor diagnosis. Cancer Res 2008;66:10855–10860.

Gallagher FA, Kettunen MI, Day SE, Lerche M, Brindle KM. 13C MR spectroscopy measurements of glutaminase activity in human hepatocellular carcinoma cells using hyperpolarized 13C-labeled glutamine. Magn Reson Med 2008;60:253–257.

Xu RH, Pelicano H, Zhou Y, Carew JS, Feng L, Bhalla KN, et al. Inhibition of glycolysis in cancer cells: a novel strategy to overcome drug resistance associated with mitochondrial respiratory defect and hypoxia. Cancer Res 2005;65:613–621.

Olsson LE, Chai CM, Axelsson O, Karlsson M, Golman K, Petersson JS. MR coronary angiography in pigs with intraarterial injections of hyperpolarized 13C substances. Magn Reson Med 2006;55:731–737.

Golman K, Petersson JS, Magnusson P, Johansson E, Akeson P, Chai CM, et al. Cardiac metabolism measured noninvasively by hyperpolarized 13C MRI. Magn Reson Med 2008;59:1005–1013.

Kurhanewicz J, Bok R, Nelson SJ, Vigneron DB. Current and potential applications of clinical 13C MR spectroscopy. J Nucl Med 2008;49:341–344.

Golman K, Olsson LE, Axelsson O, Mansson S, Karlsson M, Petersson JS. Molecular imaging using hyperpolarized 13C. Br J Radiol 2003;76:118–127.

Golman K, Zandt RI, Thaning M. Real time metabolic imaging. Proc Natl Acad Sci U S A 2006;103:11270–11275.

Golman K, Ardenkjar-Larsen JH, Petersson JS, Mansson S, Leunbach LB. Molecular imaging with endogenous substances. Proc Natl Acad Sci U S A 2003;100:10435–10439.

Thông tin
Thông tin xuất bản

Radiation Medicine

Tập 28

173-179

Thông tin tác giả