עבודה זו נתמכה על ידי מענק CPRIT (RP140021-P5) וכן בפרס אימון מחקר ג&#39;וליה ג&#39;ונס מתיוס Cancer Research Scholar CPRIT (RP140106, CMW).

הערה: (עיצוב פנטום) שני 3 מיליליטר תאי היו במכונה מתוך Ultem מצויד צינורות צצים (OD 1.5875 מ&quot;מ 0.762 מ&quot;מ ID) להזרקה ופליטה. לשכות הונחו צינור צנטריפוגות 50 מ&quot;ל מלא מים (איור 1). כדי למנוע חללי אות נוצרו על ידי בועות, לתאים והתורים היו מראש מלאים מים ללא יונים (DH 2 O). 1. פתרון כנה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן 1 פתרון חיץ L (81.3 מ&quot;מ טריס pH 7.6, 203.3 מ&quot;מ NaCl). תשקלי 11.38 גבישים מוגדרים מראש גרם Trizma pH 7.6 ו 11.88 גרם NaCl ו להתמוסס 1 ליטר של DH 2 O. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כן 50 פתרון המ&quot;מ NADH. תשקול 17.8 מ&quot;ג של dinucleotide אדנין β-nicotinamide (NADH), מופחת מלח dipotassium ו להתמוסס 280 μl של פתרון החיץ שהוכן בצעד אחד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כן 250 U / ml אנזימי פתרון. תשקלו 78.75 יחידות פעילות של לקטט דהידרוגנאז (LDH) ו להתמוסס 315 חיץ μl מסעיףTEP אחד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכינו תערובת פירובט. תשקלי 21.4 מ&quot;ג Ox063 trityl הרדיקלי מתמוססים 1.26 גרם (~ 1 מ&quot;ל) [1 13 C] פירובט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן התקשורת פירוק (40 מ&quot;מ טריס pH 7.6, 40 mM NaOH, 0.27 mM EDTA ו -50 מ&quot;מ NaCl). תשקלי 5.96 גרם של pH גבישים מוגדרים מראש Trizma 7.6, 1.6 גרם של NaOH, 0.1 גרם מייבשים מלח disodium ethylenediaminetetraacetic חומצה (EDTA) ו -2.9 גרם NaCl ו להתמוסס 1 L DH 2 O. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן 01:10 פתרון gadoteridol (50 מ&quot;מ). מערבבים 1 μl של gadoteridol ב 9 μl של DH 2 O. הכנת 8 M [13 C] אוריאה. תשקול 1.465 5 [13 C] אוריאה מתמוססת 3 מיליליטר DH 2 O. </li></ol> 2. הכנת Hyperpolarized פירובט <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בתוך כוס מדגם עבור קיטוב גרעיני דינמי (DNP) מערכת, פיפטה 0.3 μl של פתרון gadoteridol ו -13 מ&quot;ג (~ 10 μl) של הפתרון פירובט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בקצרה מערבבים את התערובת בתוך הכוס המדגם עם קצה פיפטה. &lt;/ Li&gt; <li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס לדוגמא למערכת DNP. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ודא את הדלת למערכת DNP סגורה. תוכלו להתחיל את תהליך הכניסה המדגם על ידי לחיצה על כפתור מדגם להוסיף על קונסולת מערכת DNP. על אשף המדגם לבחור מדגם ולחץ נורמלים הבאה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שמירה על כוס המדגם אנכית בעדינות למקם את מוט הכניסה מעל החלק העליון של הכוס המדגמת. כשיתבקש, לפתוח את מערכת DNP והכנס את הכוס לתוך כנס הטמפרטורה משתנה (VTI) באמצעות מוט הכניסה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> משוך על הבוכנה בסוף מוט הכניסה המדגמת לשחרר המדגם במדד הטמפרטורה משתנה. הסר את מוט הכניסה מדגם מהמערכת ולחץ על הכפתור הבא על מסוף מערכת DNP. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ליזום את הקיטוב. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ על כפתור ה הקיטוב התחלה על קונסולת מערכת DNP. בשנות ה .HYPERSENSENMR סוג התוכנה RINMR להשיק הקיטוב תוכנת ניטור. הגדר להצטבר התצורה 1 ולחצו אנטר. לאחר מכן לחץ מוצק לבנות up. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את המיקום והשם של הקובץ ולשמור. בחר את הפרופיל ל -13-C הנפתחת לשוני מסוף מערכת DNP ולחץ הבא. סמן את התיבה כדי לדגום בזמן המירוץ, זמן מדגם מוגדר 300 שניות ולחץ על סיום. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד את 3.85 גרם (~ 4 מ&quot;ל) של התקשורת פירוק או לפי נפח עם מזרק 5 מ&quot;ל או לפי משקל באמצעות סולם. </li></ol> 3. הכנה של פנטום האנזים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מלאו צינור microcentrifuge עם ~ 3 מ&quot;ל [13 C] פתרון אוריאה ולמקם אותו בצינור צנטריפוגות 50 מ&quot;ל. מלאו את צינור צנטריפוגות 50 מ&quot;ל עם DH 2 O. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טרום למלא את שני תאי אנזים ואת הקווים עם DH 2 O על ידי הזרקה ~ 3 מיליליטר DH 2 O לתוך קווי ההזרקה של הפנטום, מקפידה לשטוף כל בועות נוצרות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח את הרפאים במרכז המגנט עם גישה קלה לקווי ההזרקה. ודא שיש כמה מיכל לתפוס את הנוזל כי יפרוק אל t<html> הוא קו הפליטה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן תערובת האנזים פעילות גבוהה (17.14 מ&quot;מ NADH, 44.57 LDH U / ml). מערבבים יחד 240 פתרון NADH μl, 125 μl פתרון LDH ו -335 חיץ μl ולשמור על מזרק 3 מ&quot;ל שניתן המצורפת בקו ההזרקה. הערה: לאחר בשילוב עם 500 μl של 40 פירובט מ&quot;מ ממערכת DNP, היקף פאנטום הסופי יהיה 1.2 מ&quot;ל עם ריכוזים של 16.7 מ&quot;מ פירובט, 10 מ&quot;מ NADH, ו -26 U / L LDH בתמיסה שנאגרו טריס עם pH ~ 7.5. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן תערובת האנזים פעילות נמוכה (17.14 מ&quot;מ NADH 26.79 U / ml LDH) מערבבים יחד 240 פתרון NADH μl, 75 μl פתרון LDH ו 385 חיץ μl ולשמור בתוך מזרק מ&quot;ל 3 נפרדת היכולה להיות מחוברים בקו ההזרקה. הערה: לאחר בשילוב עם 500 μl של 40 פירובט מ&quot;מ ממערכת DNP נפח פאנטום הסופי יהיה 1.2 מ&quot;ל עם ריכוזים של 16.7 מ&quot;מ פירובט, 10 מ&quot;מ NADH, ו 15,625 U / L LDH בתמיסה שנאגרו טריס עם pH ~ 7.5 . </li></ol><html> jove_title &quot;&gt; 4. להפעיל את כל אבטחת איכות (QA) וסריקות מיצוב <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מיצוב ראשוני. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען סריקת מיצוב FLASH חדשה במצב מבצע [1 ח] במצב נפח TX / RX. שינוי להגדיר ממדים 2: כלי בקרה ספקטרומטר -&gt; GS ערוך -&gt; מידות התקנה -&gt; 2. לחצו GSP על הפיקוח ספקטרומטר ולעבור רפאים עד שמרכזה המגנט. לחץ STOP ואז הרפובליקנים לחץ על Control ספקטרומטר. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סריקת פיילוט. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען סריקת מיצוב TriPiolt חדשה במצב מבצע [1 ח] במצב נפח TX / RX. התפקיד Slice: בקרת סריקה -&gt; Slice בארון כלים&gt; להעביר פרוסות (להחזיק M לחץ על מקש וגרור; פרוסה בחר להעביר את מחוון החבילה הפרוסה). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לנענע 1 H קויל: כלי בקרה ספקטרומטר -&gt; ACQ -&gt; לנענע. Tune ומתאימים 1 H סליל מאחורי STOP מגנט ולחץ. תוך כדי לחיצה על כל מקש SHIFT הרמזור על חלון בקרת הסריקה. </li></ol></li></ol>class = &quot;jove_title&quot;&gt; 5. הגדרת רדיאלי הד מישורי Spectral Imaging סריקה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען הדמיה ספקטרוסקופיות מישוריים הד חדש רדיאלי (radEPSI) סריקה במצב פעולה [13 C] במצב נפח TX / RX. התפקיד Slice: כלי Slice בשלט הסריקה ופרוס לזוז (להחזיק M לחץ על מקש וגרור; פרוסה בחר להעביר את מחוון החבילה הפרוסה). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לנענע 13 C סליל ידי לחיצת כלי בקרת ספקטרומטר -&gt; ACQ -&gt; לנענע. קבע את הרווח מהמקלט 1,000-2,000 על ספקטרומטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע את בדיקת המערכת הסופית. בהתאם רצף, להתבונן אות פחמן 13 מהאולם אוראה פרוטוקול הסקאוט. הערה: פעולה זו מבטיחה כי המערכת מוגדרת כראוי לפני תחילת תהליך פירוק בלתי הפיך. </li></ol> 6. פירוק הפעלה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כאשר פירובט השיג&gt; 90% קיטוב (~ 1 שעה), פתרונות הפנטום מוכנים והסריקה מוגדרת ללחוץ על כפתור הפירוק לרוץ על סאי DNPגזע המסוף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כאשר יתבקש להעביר את מקל הפירוק למצב ההפעלה שלה ולהזריק תקשורת פירוק. סגור את מערכת DNP ולחץ על הכפתור סיים על קונסולת מערכת DNP. זז מקל פירוק חזרה נחתי עמדה כשתתבקש מכן לחץ על סיום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כשהמערכת DNP מספק את פירובט hyperpolarized (~ 2 דקות לאחר תחילת חימום) לסגת 500 μl של פתרון פירובט לתוך כל המזרקים פתרון ריכוז האנזים גבוה ונמוך. לאט (~ 10 שניות) להזריק מזרק אחד לתוך בקו ההזרקה. הערה: סריקה, הייתה יכולה להתרחש לפני ההזרקה או בכל עת עד 3 דקות לאחר ההזרקה בהתאם לפרוטוקול סריקה בשימוש. </li></ol> עיבוד תמונה 7. הערה: זה פנטום מתוכנן לשימוש עם אסטרטגיות הדמיה רבות. ראה 2 איור, כדוגמה את אופן הצגת תמונות rad-EPSI עובדו באמצעות Matlab. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען נתונים גולמיים מקובץ fid. Reshape הנתונים כדי להתאים את מספר התחזיות, קריא נקודות, הדים וחשבון עבור נתונים המאוחסנים כזוגות אמיתיים ומדומים. הפרד את נקודות הד זוגיים ואי-זוגיים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התמרת גם ההדים אפילו או מוזר לאורך ממדים הד. ראייה לזהות את התדרים עבור פירובט ומיניקות. לשם פשטות הערך המוחלט של הספקטרום היה בשימוש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפרד בין הלהקה המטבוליט ו התמרת לאורך כיוון לקודד בתדירות להניב sinograms מבודד לכל המטבוליט. ראדון הופכים להפוך את sinograms הנפרד לייצר תמונה או של לקטט או פירובט. </li></ol>

<ol>
	<li>Merritt, M. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hyperpolarized+13C+allows+a+direct+measure+of+flux+through+a+single+enzyme-catalyzed+step+by+NMR.">Hyperpolarized 13C allows a direct measure of flux through a single enzyme-catalyzed step by NMR.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 104. 104, 19773-19777 (2007).</li><li>Rodrigues, T. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+resonance+imaging+of+tumor+glycolysis+using+hyperpolarized+13C-labeled+glucose.">Magnetic resonance imaging of tumor glycolysis using hyperpolarized 13C-labeled glucose.</a> Nature medicine. 20, 93-97 (2014).</li><li>Day, S. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detecting+tumor+response+to+treatment+using+hyperpolarized+13C+magnetic+resonance+imaging+and+spectroscopy.">Detecting tumor response to treatment using hyperpolarized 13C magnetic resonance imaging and spectroscopy.</a> Nature medicine. 13, 1382-1387 (2007).</li><li>Keshari, K. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hyperpolarized+13C+dehydroascorbate+as+an+endogenous+redox+sensor+for+in+vivo+metabolic+imaging.">Hyperpolarized 13C dehydroascorbate as an endogenous redox sensor for in vivo metabolic imaging.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108, 18606-18611 (2011).</li><li>Gallagher, F. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+resonance+imaging+of+pH+in+vivo+using+hyperpolarized+13C-labelled+bicarbonate.">Magnetic resonance imaging of pH in vivo using hyperpolarized 13C-labelled bicarbonate.</a> Nature. 453, 940-943 (2008).</li><li>Larson, P. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigation+of+tumor+hyperpolarized+[1-13C]-pyruvate+dynamics+using+time-resolved+multiband+RF+excitation+echo-planar+MRSI.">Investigation of tumor hyperpolarized [1-13C]-pyruvate dynamics using time-resolved multiband RF excitation echo-planar MRSI.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 63, 582-591 (2010).</li><li>Cunningham, C. H., Dominguez Viqueira, W., Hurd, R. E., Chen, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Frequency+correction+method+for+improved+spatial+correlation+of+hyperpolarized+13C+metabolites+and+anatomy.">Frequency correction method for improved spatial correlation of hyperpolarized 13C metabolites and anatomy.</a> NMR in biomedicine. 27, 212-218 (2014).</li><li>Larson, P. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fast+dynamic+3D+MR+spectroscopic+imaging+with+compressed+sensing+and+multiband+excitation+pulses+for+hyperpolarized+13C+studies.">Fast dynamic 3D MR spectroscopic imaging with compressed sensing and multiband excitation pulses for hyperpolarized 13C studies.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 65, 610-619 (2011).</li><li>Mayer, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+subsecond+spiral+chemical+shift+imaging+to+real-time+multislice+metabolic+imaging+of+the+rat+in+vivo+after+injection+of+hyperpolarized+13C1-pyruvate.">Application of subsecond spiral chemical shift imaging to real-time multislice metabolic imaging of the rat in vivo after injection of hyperpolarized 13C1-pyruvate.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 62, 557-564 (2009).</li><li>Walker, C. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Catalyzing+Phantom+for+Reproducible+Dynamic+Conversion+of+Hyperpolarized+[1-C-13]-Pyruvate.">A Catalyzing Phantom for Reproducible Dynamic Conversion of Hyperpolarized [1-C-13]-Pyruvate.</a> PloS one. 8, e71274 (2013).</li><li>Levin, Y. S., Mayer, D., Yen, Y. F., Hurd, R. E., Spielman, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimization+of+fast+spiral+chemical+shift+imaging+using+least+squares+reconstruction:+application+for+hyperpolarized+(13)C+metabolic+imaging.">Optimization of fast spiral chemical shift imaging using least squares reconstruction: application for hyperpolarized (13)C metabolic imaging.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 58, 245-252 (2007).</li><li>von Morze, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+multiagent+hyperpolarized+(13)C+perfusion+imaging.">Simultaneous multiagent hyperpolarized (13)C perfusion imaging.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 72, 1599-1609 (2014).</li><li>Sogaard, L. V., Schilling, F., Janich, M. A., Menzel, M. I., Ardenkjaer-Larsen, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+measurement+of+apparent+diffusion+coefficients+of+hyperpolarized+(1)(3)C-labeled+metabolites.">In vivo measurement of apparent diffusion coefficients of hyperpolarized (1)(3)C-labeled metabolites.</a> NMR in biomedicine. 27, 561-569 (2014).</li><li>Patrick, P. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detection+of+transgene+expression+using+hyperpolarized+13C+urea+and+diffusion-weighted+magnetic+resonance+spectroscopy.">Detection of transgene expression using hyperpolarized 13C urea and diffusion-weighted magnetic resonance spectroscopy.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 73, 1401-1406 (2015).</li></ol>

פרסום מאמר וידאו זה נתמך על ידי תאגיד Bruker.

הדמיה בזמן אמת של מטבוליטים hyperpolarized יש אתגרים ייחודיים רבים עבור עיצוב רצף, אימות, ובקרת איכות. היכולת לפתור ההטרוגניות spatiotemporal רפאים מציעה פוטנציאל קליני משמעותי, אבל מונע שיטות QA ואימות הקשורים MRI קונבנציונלי. רצפי הדמיה מורכבים או אלגוריתמי שיקום יכולים להיות תלו...

ההשפעה הקלינית של תהודה מגנטית hyperpolarized (MRI) של 13 תרכובות C שכותרתו תלויה באופן מכריע ביכולתה למדוד את שיעורי המרה כימיים באמצעות הדמית ספקטרוסקופיות ספקטרוסקופיה בתהודה מגנטית בזמן אמת 1-5. במהלך רצף פיתוח ואימות, המרה כימית דינמי מושגת באמצעות כלל in vivo או במודלים במבחנה 6-9 המציעים מלא שחזור מוגבלים. לבדיקה חזקה והבטיח איכות, מערכת מבוקרת יותר השומרת על ההמרה הכימית אנדמית מדידה זו תהיה בחירה מועדפת. אנו להתוות שיטה להשיג המרה זו באופן לשחזור באמצעות רפאי אנזים יחידים דינמיים. רוב המחקרים עם hyperpolarized 13 סוכני C להתמקד הדמית מצעי hyperpolarized בסביבה ביולוגית מתפקדת. זוהי הבחירה הברורה אם המטרה היא ללמוד ביולוגיאל מעבדת או לקבוע פוטנציאל להשפעה על טיפול קליני. עם זאת, אם אפיון של כמה אלגוריתם עיבוד מדידת מערכת או נתונים רצויים, מודלים ביולוגיים יש חסרונות רבים כגון השתנות במרחב ובזמן טמונה 10. עם זאת, רוחות רפאים סטטי קונבנציונליות חסרות את המרה הכימית שמניעה את העניין הקליני הראשוני MRI של מצעי hyperpolarized, ולא ניתן להשתמש בם כדי לאפיין זיהוי של שיעורי המרה או פרמטרים דינמיים אחרים 11. שימוש במערכת אנזים אחד אנו יכולים לספק המרה כימית לשליטה לשחזור, המאפשר בדיקה קפדנית של אסטרטגיות הדמיה דינמיות. מערכת זו מופנית חוקרים מטעמו מפתחים אסטרטגיות הדמיה מצעים hyperpolarized ומאחלים לאפיין ביצועים להשוואה נגד גישות חלופיות. אם מדידות סטטי הן נקודת הסיום הרצויה ואז סטטי 13 המטבוליט-הנקרא C פנטומי wiיהיה להספיק 11. בצד השני אם אפיון ביולוגי מורכב יותר הוא קריטי השיטה (משלוח, וצפיפות תאית, וכו &#39;) ולאחר מכן מודלים ביולוגיים בפועל יהיו צורך 12-14. מערכת זו היא אידיאלית עבור הערכה של אסטרטגיות הדמיה כי מטרתנו היא לספק מדד כמותי של שיעורי המרה כימית לכאורה.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1045">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:259px;">BioSpect 7T</td>
			<td style="width:147px;">Bruker</td>
			<td style="width:195px;">BioSpec 70/30 USR</td>
			<td style="width:445px;">7 Tesla Pre-Clinical MRI Scanner</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:259px;">HyperSense</td>
			<td style="width:147px;">Oxford Instruments</td>
			<td style="width:195px;">Hypersense DNP Polarizer</td>
			<td>Dynamic Nuclear Polarizer for MRI agents</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:259px;">1-13C-Pyrvic Acid</td>
			<td style="width:147px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:195px;">677175</td>
			<td>Carbon 13 labled neat pyruvic acid</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:259px;">Trityl Radical</td>
			<td style="width:147px;">GE Healthcare</td>
			<td style="width:195px;">OX063</td>
			<td>Free radical used in Dynamic Nuclear Polarization</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:259px;">NaOH</td>
			<td style="width:147px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:195px;">S8045</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:259px;">EDTA</td>
			<td style="width:147px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:195px;">E6758</td>
			<td style="width:445px;">Ethylenediaminetetraacetic acid</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:259px;">LDH</td>
			<td style="width:147px;">Worthingthon</td>
			<td style="width:195px;">LS002755</td>
			<td>Lactate Dehydrogenase from rabbit muscle</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:259px;">NADH</td>
			<td style="width:147px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:195px;">N4505</td>
			<td>&#946;-Nicotinamide adenine dinucleotide, reduced dipotassium salt</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:259px;">Trizma</td>
			<td style="width:147px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:195px;">T7943</td>
			<td>Trizma&#174;&#160;Pre-set crystals</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:259px;">NaCl</td>
			<td style="width:147px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:195px;">S7653</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

use of a multi-compartment dynamic single enzyme phantom for studies of hyperpolarized magnetic resonance agents

הדמיה של מצעים hyperpolarized ידי תהודה מגנטית נראה מבטיח קליני גדול להערכת תהליכים ביוכימיים קריטיים בזמן אמת. עקב אילוצי יסוד שקבעו מדינת hyperpolarized, טכניקות הדמיה ושחזור אקזוטיות נמצאות בשימוש נפוץ. מערכת מעשית לאפיון של שיטות הדמיה דינמית, רב-ספקטרלי נדרש אנושות. מערכת כזו חייבת reproducibly לשחזר את הדינמיקה הכימית הרלוונטית של רקמות נורמליות ופתולוגיים. מצע השימוש הנרחב ביותר עד כה הוא hyperpolarized [1- 13 C] -pyruvate להערכת מטבוליזם הסרטן. אנו מתארים מערכת פנטום אנזים מבוסס שמתווך ההמרה של פירובט כדי לקטט. התגובה היא יזמה על ידי הזרקה של סוכן hyperpolarized לתאים מרובים בתוך הרפאים, שכל אחד מהם מכיל ריכוזים שונים של חומרים כימיים כי לשלוט על קצב התגובה. תאים מרובים נחוצים על מנת להבטיח כי הר&quot;ירצפים גינג בנאמנות ללכוד את ההטרוגניות המרחבית המטבולית של רקמת גוף. מערכת זו תסייע הפיתוח ותיקוף אסטרטגיות הדמיה מתקדמות על ידי מתן דינמיקה כימית שאינן זמינים מרווחות רפאים קונבנציונליים, כמו גם מלא שחזור זה לא אפשרי in vivo.

תמונות 2D Slice-סלקטיבית נרכשו באמצעות רצף תמונת מצב radEPSI. תמונות המטבוליט שוחזרו באמצעות הקרנה הסתננה. התמונות המטבוליט היו מיושרים היטב עם תמונות פרוטון, כפי שניתן לראות באיור 2. בשנת hyperpolarized מערכת זו אות לקטט יכול להיווצר רק מהמרת האנזימטית ...

Watch this Scientific Journal Video about Use of a Multi-compartment Dynamic Single Enzyme Phantom for Studies of Hyperpolarized Magnetic Resonance Agents at JoVE.com

Use of a Multi-compartment Dynamic Single Enzyme Phantom for Studies of Hyperpolarized Magnetic Resonance Agents

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

שימוש פנטום אנזים יחיד דינמי רב-תא ללימודים של סוכני תהודה מגנטית Hyperpolarized

Imaging of hyperpolarized substrates by magnetic resonance shows great clinical promise for assessment of critical biochemical processes in real time. Due ...

use-multi-compartment-dynamic-single-enzyme-phantom-for-studies

Research

JoVE Journal

Engineering

6.8K Views.  University of Texas M.D. Anderson Cancer Center. A multi-compartment dynamic phantom is used to simulate some biology of interest for metabolic studies using hyperpolarized magnet resonance agents.

Video: Use of a Multi-compartment Dynamic Single Enzyme Phantom for Studies of Hyperpolarized Magnetic Resonance Agents

Hyperpolarized Xenon for NMR and MRI Applications

Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy and imaging (MRI) suffer from intrinsic low sensitivity because even strong external magnetic fields of ~10 T generate only a small detectable net-magnetization of the sample at room temperature 1. Hence, most NMR and MRI applications rely on the detection of molecules at relative high concentration (e.g., water for imaging of biological tissue) or require excessive acquisition times. This limits our ability to exploit the very useful molecular specificity of NMR signals for many biochemical and medical applications. However, novel approaches have emerged in the past few years: Manipulation of the detected spin species prior to detection inside the NMR/MRI magnet can dramatically increase the magnetization and therefore allows detection of molecules at much lower concentration 2.
Here, we present a method for polarization of a xenon gas mixture (2-5% Xe, 10% N2, He balance) in a compact setup with a ca. 16000-fold signal enhancement. Modern line-narrowed diode lasers allow efficient polarization 7 and immediate use of gas mixture even if the noble gas is not separated from the other components. The SEOP apparatus is explained and determination of the achieved spin polarization is demonstrated for performance control of the method.
The hyperpolarized gas can be used for void space imaging, including gas flow imaging or diffusion studies at the interfaces with other materials 8,9. Moreover, the Xe NMR signal is extremely sensitive to its molecular environment 6. This enables the option to use it as an NMR/MRI contrast agent when dissolved in aqueous solution with functionalized molecular hosts that temporarily trap the gas 10,11. Direct detection and high-sensitivity indirect detection of such constructs is demonstrated in both spectroscopic and imaging mode.

The production of hyperpolarized xenon by means of spin exchange optical pumping (SEOP) is described. This method yields a ~10000-fold enhancement of the nuclear spin polarization of Xe-129 and has applications in nuclear magnetic resonance spectroscopy and imaging. Examples of gas phase and solution state experiments are given.

קסנון hyperpolarized לNMR ו-MRI יישומים

Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy and imaging (MRI) suffer from intrinsic low sensitivity because even strong external magnetic fields of ~10 ...

Analysis of Contact Interfaces for Single GaN Nanowire Devices

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit a strong degradation after annealing due to the occurrence of void formation at the contact/SiO2 interface. This void formation can cause cracking and delamination of the metal film, which can increase the resistance or lead to a complete failure of the NW device. In order to address issues associated with void formation, a technique was developed that removes Ni/Au contact metal films from the substrates to allow for the examination and characterization of the contact/substrate and contact/NW interfaces of single GaN NW devices. This procedure determines the degree of adhesion of the contact films to the substrate and NWs and allows for the characterization of the morphology and composition of the contact interface with the substrate and nanowires. This technique is also useful for assessing the amount of residual contamination that remains from the NW suspension and from photolithographic processes on the NW-SiO2 surface prior to metal deposition. The detailed steps of this procedure are presented for the removal of annealed Ni/Au contacts to Mg-doped GaN NWs on a SiO2 substrate.

A technique was developed that removes Ni/Au contact metal films from their substrate to allow for the examination and characterization of the contact/substrate and contact/NW interfaces of single GaN nanowire devices.

ניתוח של ממשקי מגע עבור יחיד התקני Nanowire גן

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit  a strong degradation after annealing due to the  occurrence of void formation at the ...

Scalable Nanohelices for Predictive Studies and Enhanced 3D Visualization

Spring-like materials are ubiquitous in nature and of interest in nanotechnology for energy harvesting, hydrogen storage, and biological sensing applications.&#160; For predictive simulations, it has become increasingly important to be able to model the structure of nanohelices accurately.&#160; To study the effect of local structure on the properties of these complex geometries one must develop realistic models.&#160; To date, software packages are rather limited in creating atomistic helical models.&#160; This work focuses on producing atomistic models of silica glass (SiO2) nanoribbons and nanosprings for molecular dynamics (MD) simulations. Using an MD model of &#8220;bulk&#8221; silica glass, two computational procedures to precisely create the shape of nanoribbons and nanosprings are presented.&#160; The first method employs the AWK programming language and open-source software to effectively carve various shapes of silica nanoribbons from the initial bulk model, using desired dimensions and parametric equations to define a helix.&#160; With this method, accurate atomistic silica nanoribbons can be generated for a range of pitch values and dimensions.&#160; The second method involves a more robust code which allows flexibility in modeling nanohelical structures.&#160; This approach utilizes a C++ code particularly written to implement pre-screening methods as well as the mathematical equations for a helix, resulting in greater precision and efficiency when creating nanospring models.&#160; Using these codes, well-defined and scalable nanoribbons and nanosprings suited for atomistic simulations can be effectively created.&#160; An added value in both open-source codes is that they can be adapted to reproduce different helical structures, independent of material.&#160; In addition, a MATLAB graphical user interface (GUI) is used to enhance learning through visualization and interaction for a general user with the atomistic helical structures.&#160; One application of these methods is the recent study of nanohelices via MD simulations for mechanical energy harvesting purposes.

Accurate modeling of nanohelical structures is important for predictive simulation studies leading to novel nanotechnology applications.&#160; Currently, software packages and codes are limited in creating atomistic helical models.&#160; We present two procedures designed to create atomistic nanohelical models for simulations, and a graphical interface to enhance research through visualization.

Nanohelices להרחבה עבור חיזוי מחקרים ויזואליזציה 3D משופר

Spring-like materials are ubiquitous in nature and of interest in nanotechnology for energy harvesting, hydrogen storage, and biological sensing ...

High-Sensitivity Nuclear Magnetic Resonance at Giga-Pascal Pressures: A New Tool for Probing Electronic and Chemical Properties of Condensed Matter under Extreme Conditions

Nuclear Magnetic Resonance (NMR) is one of the most important techniques for the study of condensed matter systems, their chemical structure, and their electronic properties. The application of high pressure enables one to synthesize new materials, but the response of known materials to high pressure is a very useful tool for studying their electronic structure and developing theories. For example, high-pressure synthesis might be at the origin of life; and understanding the behavior of small molecules under extreme pressure will tell us more about fundamental processes in our universe. It is no wonder that there has always been great interest in having NMR available at high pressures. Unfortunately, the desired pressures are often well into the Giga-Pascal (GPa) range and require special anvil cell devices where only very small, secluded volumes are available. This has restricted the use of NMR almost entirely in the past, and only recently, a new approach to high-sensitivity GPa NMR, which has a resonating micro-coil inside the sample chamber, was put forward. This approach enables us to achieve high sensitivity with experiments that bring the power of NMR to Giga-Pascal pressure condensed matter research. First applications, the detection of a topological electronic transition in ordinary aluminum metal and the closing of the pseudo-gap in high-temperature superconductivity, show the power of such an approach. Meanwhile, the range of achievable pressures was increased tremendously with a new generation of anvil cells (up to 10.1 GPa), that fit standard-bore NMR magnets. This approach might become a new, important tool for the investigation of many condensed matter systems, in chemistry, geochemistry, and in physics, since we can now watch structural changes with the eyes of a very versatile probe.

Nuclear magnetic resonance is one of the most important spectroscopic tools. Here, the development of a new approach under high pressure, currently up to 10.1 GPa, is presented. This opens a new window into condensed matter physics and chemistry, where high-pressure research is of great importance.

רגישות גבוהה תהודה מגנטית גרעינית בחצי Giga-פסקל: כלי חדש לבדיקת מאפיינים אלקטרוניים והכימיים של חומר מעובה בתנאים קיצוניים

Nuclear Magnetic Resonance (NMR) is one of the most important techniques for the study of condensed matter systems, their chemical structure, and their ...

A Method for Studying the Temperature Dependence of Dynamic Fracture and Fragmentation

The dynamic fracture of a body is a late-stage phenomenon typically studied under simplified conditions, in which a sample is deformed under uniform stress and strain rate. This can be produced by evenly loading the inner surface of a cylinder. Due to the axial symmetry, as the cylinder expands the wall is placed into a tensile hoop stress that is uniform around the circumference. While there are various techniques to generate this expansion such as explosives, electromagnetic drive, and existing gas gun techniques they are all limited in the fact that the sample cylinder must be at room temperature. We present a new method using a gas gun that facilitates experiments on cylinders from 150 K to 800 K with a consistent, repeatable loading. These highly diagnosed experiments are used to examine the effect of temperature on the fracture mechanisms responsible for failure, and their resulting influence on fragmentation statistics. The experimental geometry employs a steel ogive located inside the target cylinder, with the tip located about halfway in. A single stage light gas gun is then used to launch a polycarbonate projectile into the cylinder at 1,000 m/sec-1. The projectile impacts and flows around the rigid ogive, driving the sample cylinder from the inside. The use of a non-deforming ogive insert allows us to install temperature control hardware inside the rear of the cylinder. Liquid nitrogen (LN2) is used for cooling and a resistive high current load for heating. Multiple channels of upshifted photon Doppler velocimetry (PDV) track the expansion velocity along the cylinder enabling direct comparison to computer simulations, while High speed imaging is used to measure the strain to failure. The recovered cylinder fragments are also subject to optical and electron microscopy to ascertain the failure mechanism.

Fracture and fragmentation are late stage phenomena in dynamic loading scenarios and are typically studied using explosives. We present a technique for driving expansion using a gas gun which uniquely enables control of both loading rate and sample temperature.

שיטת לימוד התלות בטמפרטורה של דינמי שבר ופיצול

The dynamic fracture of a body is a late-stage phenomenon typically studied under simplified conditions, in which a sample is deformed under uniform ...

A Cost-effective and Reliable Method to Predict Mechanical Stress in Single-use and Standard Pumps

Pumps are mainly used when transferring sterile culture broths in biopharmaceutical and biotechnological production processes. However, during the pumping process shear forces occur which can lead to qualitative and/or quantitative product loss. To calculate the mechanical stress with limited experimental expense, an oil-water emulsion system was used, whose suitability was demonstrated for drop size detections in bioreactors1. As drop breakup of the oil-water emulsion system is a function of mechanical stress, drop sizes need to be counted over the experimental time of shear stress investigations. In previous studies, the inline endoscopy has been shown to be an accurate and reliable measurement technique for drop size detections in liquid/liquid dispersions. The aim of this protocol is to show the suitability of the inline endoscopy technique for drop size measurements in pumping processes. In order to express the drop size, the Sauter mean diameter d32 was used as the representative diameter of drops in the oil-water emulsion. The results showed low variation in the Sauter mean diameters, which were quantified by standard deviations of below 15%, indicating the reliability of the measurement technique.

Shear stress investigations on an oil-water emulsion system result in drop breakup over the experimental time. To count drop sizes in pumping processes, the suitability of inline endoscopy was successfully demonstrated in this protocol.

שיטה חסכונית ואמינה לחיזוי לחץ מכאני בSingle-שימוש ומשאבות רגילים

Pumps are mainly used when transferring sterile culture broths in biopharmaceutical and biotechnological production processes. However, during the pumping ...

Design and Use of a Full Flow Sampling System (FFS) for the Quantification of Methane Emissions

The use of natural gas continues to grow with increased discovery and production of unconventional shale resources. At the same time, the natural gas industry faces continued scrutiny for methane emissions from across the supply chain, due to methane&#39;s relatively high global warming potential (25-84x that of carbon dioxide, according to the Energy Information Administration). Currently, a variety of techniques of varied uncertainties exists to measure or estimate methane emissions from components or facilities. Currently, only one commercial system is available for quantification of component level emissions and recent reports have highlighted its weaknesses.
In order to improve accuracy and increase measurement flexibility, we have designed, developed, and implemented a novel full flow sampling system (FFS) for quantification of methane emissions and greenhouse gases based on transportation emissions measurement principles. The FFS is a modular system that consists of an explosive-proof blower(s), mass airflow sensor(s) (MAF), thermocouple, sample probe, constant volume sampling pump, laser based greenhouse gas sensor, data acquisition device, and analysis software. Dependent upon the blower and hose configuration employed, the current FFS is able to achieve a flow rate ranging from 40 to 1,500 standard cubic feet per minute (SCFM). Utilization of laser-based sensors mitigates interference from higher hydrocarbons (C2+). Co-measurement of water vapor allows for humidity correction. The system is portable, with multiple configurations for a variety of applications ranging from being carried by a person to being mounted in a hand drawn cart, on-road vehicle bed, or from the bed of utility terrain vehicles (UTVs). The FFS is able to quantify methane emission rates with a relative uncertainty of &#177; 4.4%. The FFS has proven, real world operation for the quantification of methane emissions occurring in conventional and remote facilities.

Design and Use of a Full Flow Sampling System FFS for the Quantification of Methane Emissions

We have designed, developed, and implemented a novel full flow sampling system (FFS) for quantification of methane emissions and greenhouse gases from across the natural gas supply chain.

עיצוב ושימוש מערכת דגימה זרימה מלאה (FFS) עבור כימות פליטות מתאן

The use of natural gas continues to grow with increased discovery and production of unconventional shale resources. At the same time, the natural gas ...

A Modular Microfluidic Technology for Systematic Studies of Colloidal Semiconductor Nanocrystals

Colloidal semiconductor nanocrystals, known as quantum dots (QDs), are a rapidly growing class of materials in commercial electronics, such as light emitting diodes (LEDs) and photovoltaics (PVs). Among this material group, inorganic/organic perovskites have demonstrated significant improvement and potential towards high-efficiency, low-cost PV fabrication due to their high charge carrier mobilities and lifetimes. Despite the opportunities for perovskite QDs in large-scale PV and LED applications, the lack of fundamental and comprehensive understanding of their growth pathways has inhibited their adaptation within continuous nanomanufacturing strategies. Traditional flask-based screening approaches are generally expensive, labor-intensive, and imprecise for effectively characterizing the broad parameter space and synthesis variety relevant to colloidal QD reactions. In this work, a fully autonomous microfluidic platform is developed to systematically study the large parameter space associated with the colloidal synthesis of nanocrystals in a continuous flow format. Through the application of a novel translating three-port flow cell and modular reactor extension units, the system may rapidly collect fluorescence and absorption spectra across reactor lengths ranging 3 - 196 cm. The adjustable reactor length not only decouples the residence time from the velocity-dependent mass transfer, it also substantially improves the sampling rates and chemical consumption due to the characterization of 40 unique spectra within a single equilibrated system. Sample rates may reach up to 30,000 unique spectra per day, and the conditions cover 4 orders of magnitude in residence times ranging 100 ms - 17 min. Further applications of this system would substantially improve the rate and precision of the material discovery and screening in future studies. Detailed within this report are the system materials and assembly protocols with a general description of the automated sampling software and offline data processing.

Detailed herein are the operation and assembly protocols of a modular microfluidic screening platform for the systematic characterization of colloidal semiconductor nanocrystal syntheses. Through fully adjustable system arrangements, highly efficient spectra collection may be carried out across 4 orders of magnitude reaction time scales within a mass transfer-controlled sampling space.

טכנולוגיה Microfluidic מודולרי עבור מחקרים שיטתיים של מוליכים למחצה Colloidal Nanocrystals

Colloidal semiconductor nanocrystals, known as quantum dots (QDs), are a rapidly growing class of materials in commercial electronics, such as light ...

Fabrication of Magnetic Nanostructures on Silicon Nitride Membranes for Magnetic Vortex Studies Using Transmission Microscopy Techniques

Electron and x-ray magnetic microscopies allow for high-resolution magnetic imaging down to tens of nanometers. However, the samples need to be prepared on transparent membranes which are very fragile and difficult to manipulate. We present processes for the fabrication of samples with magnetic micro- and nanostructures with spin configurations forming magnetic vortices suitable for Lorentz transmission electron microscopy and magnetic transmission x-ray microscopy studies. The samples are prepared on silicon nitride membranes and the fabrication consists of a spin coating, UV and electron-beam lithography, the chemical development of the resist, and the evaporation of the magnetic material followed by a lift-off process forming the final magnetic structures. The samples for the Lorentz transmission electron microscopy consist of magnetic nanodiscs prepared in a single lithography step. The samples for the magnetic x-ray transmission microscopy are used for time-resolved magnetization dynamic experiments, and magnetic nanodiscs are placed on a waveguide which is used for the generation of repeatable magnetic field pulses by passing an electric current through the waveguide. The waveguide is created in an extra lithography step.

A protocol for the fabrication of magnetic micro- and nanostructures with spin configurations forming magnetic vortices suitable for transmission electron microscopy (TEM) and magnetic transmission x-ray microscopy (MTXM) studies is presented.

ייצור של Nanostructures מגנטית על ממברנות הסיליקון ניטריד ללימודי מערבולת מגנטי באמצעות טכניקות במיקרוסקופ שידור

Electron and x-ray magnetic microscopies allow for high-resolution magnetic imaging down to tens of nanometers. However, the samples need to be prepared ...

A 100 KW Class Applied-field Magnetoplasmadynamic Thruster

Applied-field magnetoplasmadynamic thrusters (AF-MPD thrusters) are hybrid accelerators in which electromagnetic and gas dynamic processes accelerate plasma to high speed; they have considerable potential for future space applications with the significant advantages of high specific impulse and thrust density. In this paper, we present a series of protocols for designing and manufacturing a 100 kW class of AF-MPD thruster with water-cooling structures, a 130 V maximum discharge voltage, a 800 A maximum discharge current, and a 0.25 T maximum strength of magnetic field. A hollow tantalum tungsten cathode acts as the only propellant inlet to inhibit the radial discharge, and it is positioned axially at the rear of the anode in order to relieve anode starvation. A cylindrical divergent copper anode is employed to decrease anode power deposition, where the length has been reduced to decrease the wall-plasma connecting area. Experiments utilized a vacuum system that can achieve a working vacuum of 0.01 Pa for a total propellant mass flow rate lower than 40 mg/s and a target thrust stand. The thruster tests were carried out to measure the effects of the working parameters such as propellant flow rates, the discharge current, and the strength of applied magnetic field on the performance and to allow appropriate analysis. The thruster could be operated continuously for significant periods of time with little erosion on the hollow cathode surface. The maximum power of the thruster is 100 kW, and the performance of this water-cooled configuration is comparable with that of thrusters reported in the literature.

The goal of this protocol is to introduce the design of a 100 kW class applied-field magnetoplasmadynamic thruster and relevant experimental methods.

100 קילוואט שיעור חלה-שדה Magnetoplasmadynamic מנוע

Applied-field magnetoplasmadynamic thrusters (AF-MPD thrusters) are hybrid accelerators in which electromagnetic and gas dynamic processes accelerate ...