使用多室动态单酶仿体研究超极化磁共振造影剂

本实验的总体目标是在受控的模型环境中，利用磁共振成像（MRI）测量超极化丙酮酸向乳酸的转化过程。该方法有助于解答超极化MRI领域中的关键问题，例如磁共振系统检测丙酮酸化学转化的能力。该技术的主要优势在于，丙酮酸的化学转化过程与体内代谢相似，但相较于活体系统更易于控制且可重复性更高。

该技术的应用前景涉及癌症诊断，因为模体环境模拟了大多数癌症中常见的丙酮酸向乳酸的升高转化过程。尽管该方法可为癌症研究提供见解，但也适用于其他代谢成像领域，例如心脏代谢。通常，刚接触该方法的研究人员可能会面临困难，原因是超极化介质本身存在固有的短暂时间限制。

该方法的可视化演示至关重要，因为溶解和喷射步骤必须快速且精确地完成，难以掌握。在动态核极化（DNP）系统的样品杯中，加入 0.3 µL 的钆特醇溶液和 13 mg 的丙酮酸溶液。用移液枪头在样品杯中短暂搅拌该混合物。

通过点击 DNP 系统控制台上的插入样本按钮，开始样本插入过程。在样本向导中选择普通样本，然后点击下一步。保持样本杯垂直，轻轻地将插入杆置于样本杯顶部。

当提示时，打开DNP系统，并使用插入杆将样品杯插入变温探头中。拉动样品插入杆末端的活塞，以将样品释放到变温探头内。从系统中取出样品插入杆，然后点击DNP系统控制台上的下一个按钮。

然后，点击 DNP 系统控制台上的“polarise sample”按钮以启动极化。在 RINMR 软件中输入 HYPERSENSENMR，进入极化监测软件。将构建配置设置为 1，然后按回车键。

然后单击“solid build up”。设置保存文件的位置和名称后，在DNP系统控制台的下拉选项卡中选择碳13的谱图，然后单击“下一步”。

勾选该框以在积累过程中启用取样。将取样时间设置为300秒，然后点击完成。最后，使用5毫升注射器按体积或使用天平按重量准确称取3.85克溶出介质。

将模型置于磁体中心，确保可方便接触注射管路。准备一个容器以收集从排气管路中排出的液体。通过混合 240 µL NADH 溶液、125 µL LDH 溶液和 335 µL 缓冲液来配制高活性酶混合液。

将溶液保存在一个可连接至注射管路的3毫升注射器中。然后通过混合240微升NADH溶液、75微升LDH溶液和385微升缓冲液，制备低活性酶混合液。将此混合液置于另一个可连接至注射管路的3毫升注射器中。

为进行初始定位，需加载一个新的定位扫描。选择 Acq/Reco 以晃动质子线圈，显示并打开调整平台。

在调节面板上选择“Wobble Adjust”并点击“Open”。将扫描宽度设置为十兆赫兹，然后点击“Set Up”。片刻之后，质子线圈的调谐和匹配应出现在采集窗口中。

通过将线圈元件更改为13C或第二个元件，并将扫宽设置为五兆赫兹，来调节碳线圈。片刻之后，碳线圈的调谐和匹配应显示在采集窗口中；若调谐正确，点击停止。要返回扫描控制，请先点击应用，然后返回，最后点击继续以开始扫描。

在开始溶解之前，必须确保此步骤中的扫描已完全设置妥当。一旦溶解开始后，不应中断，且在超极化丙酮酸递送前几乎没有时间调整序列参数。加载一个新的射频回波平面波谱成像扫描。

将切片厚度设置为30毫米，以覆盖整个反应室。通过选择系统选项卡并将操作模式更改为13C发射接收，设置为碳13操作模式。当丙酮酸达到超过90%的极化度后，溶液和模体即已准备就绪，扫描也已配置完成。

单击DNP系统控制台上的“运行溶解”按钮。当系统提示时，将溶解棒移至工作位置，并注入溶解介质。关闭DNP系统，然后单击DNP系统控制台上的“完成”按钮。

丙酮酸和酶的注射过程必须平稳进行，以确保在化学转化完成之前，酶混合物能够充分混合并被输送至模拟腔室。当DNP系统输送超极化丙酮酸抽吸液时，会将500微升的丙酮酸溶液分别注入高浓度和低浓度酶溶液的注射器中。

缓慢将每支注射器注入注射管路中。扫描可在注射前或注射后立即开始，具体取决于所使用的扫描方案。溶解完成后，根据提示将溶解棒移回至静止位置，然后点击完成。

此处展示了放射性回波平面波谱成像序列的代表性结果。丙酮酸图像显示两个腔室内均存在强烈的丙酮酸信号。乳酸图像显示乳酸信号较弱，但仍定位于腔室内。

超极化乳酸与丙酮酸的信号比值可用于估算每个腔室中的酶活性。每个腔室中的信号比值与所存在的酶活性相匹配。一旦掌握，该技术可在一小时内完成。

在尝试此操作时，重要的是要记住在开始溶解过程之前，先准备好模体混合物和成像序列。通过遵循此方法，还可使用其他超极化试剂和酶来回答更多问题，例如某成像序列对其他化学反应的成像效果如何。该技术为超极化 MRI 领域的研究人员探索序列性能提供了途径，且可利用可重复的模体进行验证。

观看本视频后，您应充分了解如何制备酶混合物以促进超极化丙酮酸转化为乳酸，以及如何对碳13标记的丙酮酸进行极化以用于成像。请务必注意，强磁场操作可能具有极高危险性，应始终采取相应预防措施，例如严格控制进入扫描室的权限。