Extracto
Objetivo
El manganeso (Mn) es un agente de contraste de formación de imágenes por resonancia magnética positiva (IRM) que permite se ha utilizado para obtener información biológica fisiológicos, bioquímicos y moleculares. Hay un gran interés de ampliar sus aplicaciones, sino un desafío importante es aumentar la sensibilidad de detección. Otro reto es distinguir las regiones de mejora de la señal relacionada con el Mn a partir de tejido de fondo con contraste inherentemente similar. Para superar estas limitaciones, este estudio investiga el uso de ultracorta tiempo de eco (UTE) y la imagen de sustracción UTE (SubUTE) para la determinación más sensible y específica de la acumulación de Mn.
Materiales y Métodos
Las simulaciones se realizaron para investigar la viabilidad de UTE y SubUTE para mejorar la Mn-RM y para optimizar los parámetros de imagen. Fantasmas que contienen soluciones acuosas Mn fueron imágenes en un escáner de resonancia magnética para validar las simulaciones predicciones. las células de cáncer de mama que son muy agresivos (MDA-MB-231 y una variante más agresiva LM2) y una línea celular de menos agresiva (MCF7) se marcaron con Mn y la imagen en la RM. Todo imágenes se realizó en un escáner de 3 Tesla y compara UTE y SubUTE contra
imágenes convencionales
T
1 ponderada e intacta eco de gradiente (SPGR).
Resultados
simulaciones y de formación de imágenes fantasma demostraron que UTE y SubUTE siempre sostenido y aumentando linealmente contraste positivo en un amplio intervalo de concentraciones de Mn, mientras que SPGR convencional representada meseta de la señal y eventual disminución. flip ángulos superiores son óptimas para obtener imágenes más altas concentraciones de Mn. imágenes de células de cáncer de mama demostró que UTE y SubUTE proporciona alta sensibilidad, con SubUTE proporcionar supresión de fondo para mejorar la especificidad y la eliminación de la necesidad de una imagen de referencia pre-contraste. La secuencia SubUTE permitió la mejor distinción de las células de cáncer de mama agresivo.
Conclusiones
UTE y SubUTE permiten más sensible y específico de detección de contraste positivo de la mejora de Mn. Esta capacidad de imagen potencialmente puede abrir muchas puertas nuevas para la RM realzada con Mn en vascular, celular, y la imagen molecular
Visto:. Nofiele JT, Cheng H-LM (2013) Ultrashort Tiempo del eco para Mejorar manganeso Positivo-Contraste RM -Mejora de cáncer. PLoS ONE 8 (3): e58617. doi: 10.1371 /journal.pone.0058617
Editor: Tono de Frost Bathen, La Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología (NTNU), Noruega
Recibido: 6 de Noviembre de 2012; Aceptado: 5 Febrero 2013; Publicado: Marzo 4, 2013
Derechos de Autor © 2013 Nofiele, Cheng. Este es un artículo de acceso abierto distribuido bajo los términos de la licencia Creative Commons Attribution License, que permite el uso ilimitado, distribución y reproducción en cualquier medio, siempre que el autor original y la fuente se acreditan
Financiación:. Este estudio recibió el apoyo de fondos de la Fundación SickKids y el Centro de cáncer de la familia de Garron Competencia Small Grant. Los donantes no tenía papel en el diseño del estudio, la recogida y análisis de datos, decisión a publicar, o la preparación del manuscrito
Conflicto de intereses:.. Los autores han declarado que no existen intereses en competencia
Introducción
el manganeso (Mn), un metal esencial para nuestro cuerpo, es uno de los agentes de contraste paramagnéticos reportado más tempranas de imágenes por resonancia magnética (MRI) debido a su realce de contraste positivo eficiente [1], [2]. A diferencia de gadolinio, un ion lantánido paramagnético aprobado para uso clínico, el manganeso es un constituyente endógeno y se comporta como un análogo de iones de calcio que a menudo actúa como un cofactor de regulación en una serie de enzimas y receptores [3] importantes. Sus propiedades biológicas únicas han prestado a diversas aplicaciones en la imagen funcional y molecular, sobre todo en la formación de imágenes del hígado [4], la función cerebral [5], la viabilidad miocárdica [6], y, más recientemente, las células del cáncer [7], [ ,,,0],8]. En prácticamente todas las aplicaciones, el protocolo estándar es un
T
1 ponderados secuencia de pulsos para obtener contraste señal positiva en las zonas de acumulación de Mn.
Uno de los retos para la ampliación de la aplicación de Mn -Mejora de la RM es la necesidad de aumentar la sensibilidad de detección. Otro reto es distinguir las regiones de contraste positivo debido a la acumulación de Mn de otros tejidos con una intensidad de señal inherentemente similar. Este es un dilema en cualquier tipo de formación de imágenes de contraste mejorado, y la convención de usar una imagen de pre-contraste para la comparación es, en muchos casos, poco práctico, especialmente cuando la acumulación de contraste se produce lentamente y la imagen de registro erróneo se convierte en un problema. Un método que no requiere de formación de imágenes pre-contraste y permite la determinación específica y sensible de la acumulación de contraste es deseable.
Ultrashort tiempo de eco (UTE) secuencias de pulsos [9] se han aplicado a las nanopartículas de óxido de hierro de contraste negativos de este propósito preciso: para mejorar la sensibilidad de detección y especificidad [10], [11]. En contraste con las secuencias de tiempo convencionales "largo" de eco, UTE adquiere señal muy pronto después de la excitación. Esto es particularmente relevante para los óxidos de hierro, ya que minimiza
T
2 y
T
2 * -relacionado caída de la señal y cosecha
T
1-relacionados mejora de la señal, lo que convierte el óxido de hierro contraste convencional "oscuro" en un agente de contraste "brillante". Otra característica única de UTE es la capacidad de combinar
T
1 y
T
2 * efectos sinérgicamente restando después se hace eco de la imagen de UTE, formando de esta manera una UTE substracción (SubUTE) de la imagen. De este modo, el
T
2 * -relacionado caída de la señal en el eco más tarde se invierte y se añade a la
T
1-aumento relacionado con la señal de la UTE con eficacia imagen. Este método de sustracción no sólo aumenta la sensibilidad sino que también proporciona supresión de fondo, ya que sólo en las zonas de acumulación de agente de contraste experimentarían grandes
T
1 y
T
2 * efectos. El puñado de investigaciones en UTE ha demostrado su utilidad para obtener imágenes más específica y sensible [10], [12], pero estos se han centrado principalmente en óxidos de hierro contraste negativo. La utilidad de UTE para obtener imágenes de otros agentes de contraste para MRI sigue siendo en gran parte inexplorado.
En este estudio, nuestro objetivo era investigar la aplicación de UTE y SubUTE para lograr la detección de contraste positivo más específica y sensible de mejora Mn. Aunque Mn es un
T
1-agente potenciador y no sufre de los mismos problemas que los óxidos de hierro contraste negativo, se beneficia de una detección más específica y sensible. Entre los agentes de contraste paramagnéticos, Mn puede ser insustituible para beneficiarse de la sinergia
T
1 y
T
2 * Efectos de imagen SubUTE, debido a un efecto relativamente grande en la velocidad de relajación transversal. Este estudio investiga la viabilidad y optimización de UTE y la detección SubUTE de Mn a través de estudios teóricos y fantasmas. Un estudio de prueba de concepto se demuestra por imagen del cáncer mejorada-Mn, mostrando que las imágenes de UTE proporciona una detección sensible de los cánceres de mama agresivos, con SubUTE proporcione mayor especificidad.
Materiales y Métodos
los estudios teóricos
la secuencia de UTE es un eco de gradiente en mal estado (SPGR) absorción en la intensidad de la señal es descrita por la siguiente ecuación de estado estacionario: (1) donde el tiempo de repetición (TR), tiempo de eco (TE), y ángulo de rotación (θ) son los parámetros de imagen ajustables; S
O es un factor de sensibilidad a nivel mundial; y
T
1 y
T
2 * son tiempos de relajación longitudinal transversal de magnetización y eficaces específicas para el tejido. La señal de UTE se puede modelar mediante el establecimiento de TE a cero, creando con ello un
T
imagen puramente
1 ponderado sin
T *
caída de la señal -relacionado
2. Si una imagen adquirida en un tiempo de eco después se resta de la imagen UTE, es decir SubUTE (TE) = S (UTE) - S (TE), la imagen de diferencia resultante proporciona sinérgico
T
1 y
T
2 * contraste.
En la presencia de un agente de contraste MRI tales como Mn,
T
1 y
T
2 * son aproximadas por: (2) donde el subíndice "o" denota la línea de base (es decir, sin agente de contraste),
r
1 y
r
2 * son capacidades de relajación del agente de contraste, y [CA] es la concentración del agente de contraste. Por el contrario, la diferencia o señal inducida por estas
T
1 y
T
2 * cambios, se pueden determinar las ecuaciones. [1] y [2] de la siguiente manera:
(3) se evaluó de contraste para formación de imágenes UTE usando un muy corto TE, utilizando un TE ya típico de formación de imágenes SPGR convencional, y el uso de SubUTE. ajustes óptimos para TR, TE, y θ fueron investigados por diversos tejidos con diferentes basal
T
1o y
T
2o * tiempos de relajación. Esto se logró mediante la variación de TR (6-100 ms), UTE (8-150 mu s), TE largo (0,01-100 ms),
T
1o (300-3000 m),
T
2o * (25-100 ms) para evaluar un rango de concentraciones de Mn (0,001-10 mM).
Phantom Estudios
cloruro de manganeso (MnCl
2) soluciones se prepararon disolviendo manganeso (II) tetrahidrato de cloruro de (Sigma-Aldrich Canada Inc., Oakville, ON, Canadá) en agua a varias concentraciones. Las soluciones se colocaron en tubos de vidrio de borosilicato con un diámetro de 6 mm y altura de 50 mm. Los fantasmas se obtuvieron imágenes en un escáner de resonancia magnética de 3 teslas (Achieva 3.0T TX, Philips Medical Systems, Best, Holanda) utilizando una bobina de la cabeza de sólo recepción de 32 canales. El
r
1 y
r
2 capacidades de relajación de MnCl
2 se determinaron midiendo
T
1 y
T
veces
2 de relajación en diferentes MnCl
2 concentraciones y el cálculo de la pendiente de la regresión.
T
1 se midió utilizando un turbo 2D inversión-recuperación de espín-eco (TSE) secuencia: los tiempos de inversión (TI) = [50, 100, 250, 500, 750, 1000, 1250, 1500 , 2000, 2500] ms, TR = 3000 ms, TE = 18,5 ms, factor TSE = 4, 60 mm campo de visión (FOV), 3 mm de grosor de corte, y 0,5 × 0,5 mm de resolución en el plano.
T
2 se midieron usando una secuencia de varios eco de espín-eco: TR = 2000 ms, 32 ecos con TE = [7.63, 15.3, ..., 244 ms], 60 mm FOV, 3 mm grosor de corte, y 0,5 × 0,5 mm de resolución en el plano. La capacidad de relajación
r
2 fue sustituido por
r
2 * en la ecuación. [2] como una primera aproximación para el estudio fantasma. Es importante tener en cuenta que aunque esta suposición es cierta para las partículas dispersas libremente [13], [14], podemos esperar
r
2 * a ser mayor que
r
2 cuando Mn se agrupan dentro de las células, sobre la base de pruebas de la literatura de óxido de hierro que
r
2 * & gt; & gt;
r
2 tras la internalización celular [ ,,,0],15] - [17]. Este punto se discute con más detalle en la discusión.
La secuencia de UTE se ha ejecutado en los fantasmas utilizando una secuencia de eco de gradiente en estado estacionario en 3D mediante la variación de TE (de 90 a 10 ms mu s) y θ (10, 30, 50, y 70 °) con TR fija en 30 ms. Como una etapa de preparación, los canales de gradiente fueron calibrados cuidadosamente para minimizar los artefactos fuera de resonancia, y el retardo de tono de la bobina se caracterizó por el tiempo de conmutación más corto. Los datos multi-eco con lectura radial fue entonces adquieren con los siguientes parámetros: 60 mm FOV cúbico, grosor de corte de 3 mm y 0,5 × 0,5 mm en el plano de resolución, y un promedio de la señal. A modo de comparación, también se realizó una adquisición 3D SPGR convencional, utilizando la misma TR y θ como en la adquisición de UTE y el establecimiento TE = 2,83 ms (más corto).
Breast Cancer Cell Estudios
Para investigar el valor de UTE para la formación de imágenes de contraste positivo de Mn en los sistemas biológicos, etiquetamos tres líneas celulares de cáncer de mama con diferentes MnCl
2. Los tres tipos de cáncer de mama fueron 231 /LM2-4, MDA-MB-231, y MCF-7. Los dos primeros son más agresivos que las células MCF-7, con 231 //LM2-4 ser una variante altamente metastásico de células MDA-MB-231 generados en el laboratorio Kerbel [18]. Las otras dos líneas celulares se obtuvieron de ATCC (American Tissue Culture Collection, Manassas, VA, EE.UU.). Estas líneas celulares se hará referencia en lo sucesivo como LM2, MDA, y MCF7, respectivamente. Todas las células se cultivaron en RPMI 1640-medio (Sigma-Aldrich Canada Inc., Oakville, ON, Canada) suplementado con suero bovino fetal al 10% y 0,5% penicilina estreptomicina. Las células se recogieron mediante lavado de 80 a 90% matraces confluentes con PBS y añadiendo 0,05% de EDTA tripsina (Gibco, Carlsbad, CA, EE.UU.). Las células se incubaron durante 1 hora con medio que contenía diferentes concentraciones de MnCl
2 mientras estaban en la fase de crecimiento exponencial, después de lo cual se aclararon con medio fresco y se trataron con tripsina como se describe anteriormente. Los sedimentos celulares se prepararon a continuación, por centrifugación a 440 g durante 10 minutos en los mismos tubos de vidrio de borosilicato se utilizan para obtener imágenes fantasma. Inmediatamente después, la resonancia magnética se realizó en gránulos de células de cáncer de mama en un escáner 3 Tesla MRI como se describió anteriormente, utilizando una gama de TEs (90 mu s a 10 ms) y θ (10, 30, 50, y 70 °).
análisis
datos
Los datos de resonancia magnética fue trasladado a una estación de trabajo independiente para el análisis de datos cuantitativos utilizando software propio desarrollado en Matlab (v.7.8) (The MathWorks, Natick, MA). Para el cálculo de los
r
1 y
r
2 capacidades de relajación de MnCl
2, las regiones de interés (ROI) se describen en el centro de cada vial de vidrio de cada imagen y una curva de intensidad de señal obtenida en cada ubicación de píxel dentro de la ROI como una función de TI (por
T
1 de medición) o TE (por
T
2 medición).
T
1 tiempo de relajación se cuantificó en una base de pixel a gota mediante el ajuste de intensidad de la señal a la función
Un
× | 1-2 x exp (-TI /
T
1) + exp (-TR /
T
1) |, donde
Un Opiniones y
T
1 son parámetros libres.
T
2 tiempo de relajación se cuantificó en una base de pixel-sabia por la intensidad de la señal de ajuste a una función de decaimiento exponencial mono-añadió a una compensación para tener en cuenta el ruido constante. La media
T
1 y
T
2 en el retorno de la inversión se calcularon junto con las desviaciones estándar. Capacidades de relajación
r
1 y
r
2 se determinaron mediante análisis de regresión lineal de la evolución de las tasas medias de relajación (1 /
T
1 y 1 /
T
2) frente a la concentración de Mn. Para todos los datos fantasma y de imágenes de células de cáncer de mama, las comparaciones entre diferentes secuencias se realizan sobre una base retorno de la inversión.
Resultados
capacidad de relajación constantes medidos de MnCl acuosa
2 a 3 Tesla son
r
1 = 7,4 mm
-1S
-1 y
r
2 = 117 mm
-1S
-1 (Figura 1 ). Nota una mucho mayor
r
2 /
r
1 proporción relativa a los agentes paramagnéticos basados en Gd donde el
r
2 /
r
1 proporción es aproximadamente la unidad. La consecuencia de una gran
r
2 /
r
1 cociente es la presencia de
T
2-relacionados caída de la señal en mayor concentraciones de contraste. Si bien esto no es óptima para la formación de imágenes de contraste positivo y se estrecha el rango de concentración donde la mejora puede ser cosechado, sino que también proporciona una oportunidad para que los mecanismos de contraste de imagen adicionales ofrecidos por SubUTE.
velocidades de relajación 1 /
T
1 y 1 /
T
2 frente MnCl
2 la concentración. Indicadas son valores medios y las desviaciones estándar de cada región de interés. Capacidades de relajación
r
1 y
r
2 se calculan a partir de las pendientes de regresión lineal (
R
2 = 0,9997
r
1;.
R
2 = 0,9995
r
2) guía empresas
las simulaciones que comparan el rendimiento de los convencionales
T
1-ponderado SPGR frente UTE (es decir SPGR con un muy corto TE) y SubUTE se muestra en las figuras 2, 3, 4. la Figura 2 ilustra SubUTE contraste como una función de TR, UTE,
T
1o y
T
2o *. Tenga en cuenta que solamente TR tiene un efecto significativo sobre la posición del pico de contraste positivo. La Figura 3 compara el contraste relativo de convencional
T
1 ponderado SPGR frente SubUTE generada por Mn a concentraciones de 0,1, 1, y 3 mM como una función de TE y θ. Para fines ilustrativos, se eligió un TR de 30 ms, ya que este valor era compatible con los requisitos de imagen (es decir, volumen de formación de imágenes y un grosor de corte) de los estudios in vitro en. En ambas figuras 2 y 3, isocontours de contraste se expresan en relación con el contraste máximo alcanzable para cada concentración. Tenga en cuenta también que a pesar de una serie de TE se muestran un máximo de 100 ms, la máxima TE relevante en cualquier escenario en particular no puede ser mayor que TR. El propósito fundamental de la Figura 3 es mostrar cómo optimizar el contraste dependiendo del rango de Mn. En general, los ángulos de flip más altas son necesarias para maximizar el contraste en altas concentraciones de Mn, y, como se muestra en la figura 2, el ángulo óptimo flip está estrechamente acoplado a TR. El TE óptima para el contraste SubUTE positivo (es decir, cuanto más tiempo TE) y el θ óptima son relativamente independientes de la línea de base tejido
T
2o * y muestran una dependencia de
T
1o sólo a concentraciones muy bajas de contraste de menos de 0,1 mM (datos no mostrados). La Figura 4 proporciona otro punto de vista para la comparación de las diferentes secuencias, mostrando la intensidad de señal como una función de la concentración de Mn. Como se ve también en la figura 3, un ángulo de inclinación mayor proporciona más mejora de la señal lineal a concentraciones más altas. Más importante aún, la Figura 4 muestra claramente que tanto UTE y SubUTE proporcionan mucho más lineal y mejora de la señal sostenida, incluso en el régimen en el que la meseta de la señal no se puede evitar en convencional
T
1 ponderados SPGR.
El contraste relativo de SubUTE para diferentes a) TR, B) UTE (es decir, menor tiempo de eco), C) los tejidos de referencia
T
1o, y D) del tejido de base
T
2o * para una concentración de Mn de 1,0 mm. Cuando los parámetros se mantienen constantes, los siguientes valores se utilizaron, además de capacidades de relajación medidos de MnCl
2: TR = 30 ms, UTE = 90 mS,
T
1D = 1000 ms, y
T
2O * = 47 ms. contraste relativo se expresa en relación al contraste máximo conseguido en UTE. TR se ve que tiene la mayor influencia en el ángulo de inclinación óptimo y TE (es decir, ya segundo eco).
Los cálculos se basaron en TR = 30 ms, capacidades de relajación medidos de MnCl
2, y tejido basal
T
1o = 1000 ms y
T
2o * = 47 ms. Para comparar el contraste relativo de SPGR frente SubUTE, contraste isocontours se expresan en relación con el contraste máximo alcanzable para cada concentración. Una pena el ruido √2 se representó en la señal de diferencia de imágenes de un SubUTE. Para parcelas SubUTE, el primer eco se establece en 90 microsegundo y el segundo más eco se denota como TE. Se ve que SPGR proporciona contraste positivo en los TE cortos (incluyendo UTE) y contraste negativo en las sociedades objetivo más largos, mientras que proporciona un contraste SubUTE estrictamente positivo.
intensidad de la señal en comparación con MnCl
2 la concentración de UTE ( línea discontinua) con TE = 90 mS, SubUTE (línea continua) con los TE = 90 mu s y 10 ms, y SPGR convencional (línea de puntos) con TE = 2,83 ms. Los cálculos se basan en TR = 30 ms y el tejido de base
T
1o = 1000 ms y
T
2o * = 47 ms. Una pena el ruido √2 se representó en la señal de diferencia de imágenes de un SubUTE. Se ve que los ángulos superiores flip theta proporcionan mayor contraste positivo de alta MnCl
2 concentraciones.
Phantom resultados confirmaron las predicciones teóricas. Convencional
T
1 ponderado SPGR sufre de cima de la señal y la disminución de la señal eventual, mientras que tanto la UTE y SubUTE proporcionan sostenido y el aumento de contraste positivo con una mayor concentración de Mn. La Figura 5 compara la intensidad de la señal en las diferentes secuencias de theta = 50 °. Los patrones de refuerzo son similares a los resultados de la simulación.
señal-ruido en MnCl
2 fantasmas frente MnCl
2 la concentración de UTE (línea discontinua) con TE = 90 mS, SubUTE (línea continua ) con los TE = 90 mu s y 10 ms, y SPGR convencional (línea de puntos) con TE = 2,83 ms. Indicadas son valores medios y las desviaciones estándar en cada región de interés.
Resultados de imágenes de células de cáncer de mama se muestran en la Figura 6. Los resultados se muestran para θ = 50 °, ya que este ángulo de inclinación se obtiene el grandes cambios de contraste a través de las diferentes concentraciones de incubación. Se ve que las dos líneas de células agresivas, LM2 (fila superior) y MDA (fila central), ocupan mucho más de lo Mn MCF7 (fila inferior) y, por lo tanto, aparecen oscuras en
T
FSE y luminoso 2 ponderados en convencional
T
1 ponderado SPGR. Tenga en cuenta que debido a que hemos limitado la dosis contraste con un máximo de Mn 1,0 mM para el marcaje de células, no hemos entrado en el régimen cima de la señal. No obstante, está claro que a pesar de que convencional
T
1 ponderada SPGR muestra diferencias entre las líneas celulares de cáncer, la secuencia de UTE proporciona ligeramente más alta de la señal. Mediante la adición de mecanismos sinérgicos de contraste de
T
2 * efectos, la secuencia SubUTE subrayado, además, diferencias en la absorción de Mn entre los cánceres agresivos y menos agresivos. SubUTE ofrece la mejor distinción de los cánceres de mama agresivos de todas las secuencias, y sólo se proporciona supresión de tejido de fondo simultánea
.
cánceres de mama muy agresivo LM2 (fila superior) y MDA (fila central) y MCF7 menos agresivo (fila inferior ) se incubaron con MnCl
2 a diversas concentraciones se muestran como imágenes (columna izquierda) y relación señal-ruido (SNR) parcelas (columna derecha). parcelas SNR presentan los valores medios y las desviaciones estándar en cada región de interés. la captación celular de Mn es visto como contraste negativo en
T
2 ponderados FSE y el contraste positivo en otras secuencias. UTE (TE = 90 mu s) suministra la señal comparativamente mayor que la convencional
T
1 ponderado SPGR. SubUTE (TE = 90 mu s y 10 ms) suprime el tejido no marcada o de fondo y también suprime la baja acumulación [Mn], y proporciona el mejor contraste entre los cánceres de mama agresivos y menos agresivos.
Discusión
la secuencia de UTE ha sido valiosa para mejorar la visualización de color oscuro normal-que aparecen nanopartículas de óxido de hierro y tejidos con poca
T
2 y
T
2 * ( por ejemplo, hueso) girando contraste negativo en contraste positivo. Aunque MnCl
2 tiene
T
1 propiedades que mejoran y no comparte los mismos problemas con óxidos de hierro contraste negativos sobre la que se ha aplicado predominantemente UTE, la sensibilidad y la especificidad de la RM realzada con Mn puede se benefician de la imagen UTE debido a su característica de alta
r
2 /
r
relación
1. En este estudio, se investigó a través teórico, fantasma, y de células de cáncer de mama estudia la detección de Mn en la UTE y la imagen SubUTE. Se muestra que UTE y SubUTE ampliar significativamente el rango de concentraciones de Mn sobre la que se sustenta y permanece contraste positivo linealmente creciente, en comparación con SPGR convencional que sufre de
T
2 * efectos a concentraciones más altas. Esta capacidad no sólo mejora la sensibilidad de detección, pero potencialmente puede proporcionar un medio para cuantificar las concentraciones de contraste. También se muestra que debido a SubUTE es una técnica de sustracción, el tejido de fondo se suprime de manera efectiva, lo que puede permitir la determinación más específica de la acumulación de Mn en un estudio de contraste mejorado sin el uso de una imagen de línea de base pre-contraste. Además, puesto que tiene un Mn relativamente alto
r
2 /
r
1 cociente
, la imagen SubUTE puede proporcionar aún mayor contraste que UTE cuando
T
1 y
T
2 * efectos hacen contribuciones comparables, por lo general se encuentran en altas concentraciones de Mn; esto se logra mediante la combinación generalmente antagónica
T
1 y
T
2 * efectos de manera sinérgica. Los resultados en las células del cáncer de mama Mn marcado muestran que SubUTE logra la mejor distinción de brillante de aspecto cáncer agresivo de los cánceres menos agresivos, que tienen contraste similar como el tejido de fondo.
Nuestro estudio teórico muestra que la UTE y el contraste óptimo SubUTE requiere el ajuste del ángulo de inclinación y TE de la gama de concentraciones de Mn en consideración. Por ejemplo, las concentraciones más altas de Mn se traducen en un menor
T
1, lo que significa que un ángulo de inclinación superior es necesaria para lograr el contraste máximo positivo. El segundo eco utilizado para formar la imagen SubUTE idealmente debería estar en el rango de 10 ms. Tanto el ángulo de inclinación óptimo y TE se determinan principalmente por la concentración de Mn y TR. Obsérvese en la figura 3 que el contraste más bajo en la señal SubUTE relativa a la SPGR (o UTE) de la señal se debe en parte a una pena de √2 ruido de la imagen en una diferencia SubUTE y en parte debido a una fuerte
T
1 vigente respecto a los
T
2 *. A pesar de esta menor sensibilidad, SubUTE proporciona la mayor especificidad de todas las secuencias.
El fantasma de imágenes confirmado las predicciones teóricas de la cima de la señal y la disminución de la señal eventual en SPGR convencional, mientras que UTE y SubUTE siempre sostenida mejora de contraste positivo hasta [Mn] = 3,2 mM, puso a prueba la concentración máxima. ajustes óptimos para ángulo de inclinación y TE fueron similares a los resultados de la simulación, con θ = 50 ° proporcionando la UTE óptima y SubUTE contrasta en un amplio rango de concentraciones.
imágenes de células de cáncer de mama también confirmó que la UTE que ofrece una mejor sensibilidad y SubUTE mejor especificidad de las células agresivas mejoradas-Mn que SPGR convencional. Hay, sin embargo, algunas diferencias distintivas de los estudios fantasma. En primer lugar, el intervalo de concentración de Mn el medio de incubación fue mucho menor (hasta 1 mM) para los estudios de etiquetado de células, como nuestro objetivo era utilizar una dosis lo más baja posible en las células. Durante este intervalo de concentración, la teoría predice que SPGR convencional aún no ha entrado en el régimen cima de la señal observada en el estudio fantasma, que nuestros resultados de las imágenes de células confirmó que el caso. Sin embargo, la teoría también predice un ángulo de inclinación óptimo de menos de 50 ° para las concentraciones más bajas utilizadas para las células de la etiqueta. Esta discrepancia sugiere una mayor
r
2 * capacidad de relajación de lo previsto, que es potencialmente causada por la acumulación de Mn a una mayor concentración en las células y /o la formación de grupos de Mn. Para explicar plenamente y predecir con exactitud los mecanismos de contraste en un entorno celular, tenemos que entender cómo Mn distribuye dentro de estas células. Una mejor comprensión de estos efectos es importante para futuras aplicaciones en-vivo, pero está fuera del alcance de este artículo. A pesar de esta discrepancia, es evidente que incluso en las células, el enfoque SubUTE es capaz de cosechar sinérgico
T
1 y
T
2 * efectos a altas concentraciones de Mn y proporcionar la mejor especificidad de detección.
la discrepancia en el entorno celular se señaló anteriormente pone de relieve un reto fundamental cuando se simula el entorno in vitro o in vivo, es decir, la desviación de la distribución de agente de contraste desde el ideal de dispersión libre . Se utilizó una medida de
r
2 como una primera aproximación a
r
2 *, principalmente debido a la medida exacta de
r
2 * es difícil y propensa a las variaciones de una variedad de fuentes. Sin embargo, esta suposición no es probable que mantenga una vez Mn se internaliza. Como se informó en la literatura de óxido de hierro,
r
2 * & gt; & gt;
r
2 cuando las nanopartículas están compartimentadas en las células en comparación con la suspensión libre [15] - [ ,,,0],17]. Aunque Mn no es el mismo que los óxidos de hierro, podemos postular un fenómeno similar. Es decir, cuando Mn es internalizado por las células, que no se distribuye de manera uniforme pero, en cambio, se acumula en ciertas estructuras subcelulares, tales como la mitocondria y forma clusters. Como resultado de la compartimentación,
r
1 disminuirá debido al limitado intercambio de agua y
r
2 * aumentará debido a heterogeneidades mesoscopic de efectos de susceptibilidad magnética a granel. Para optimizar la UTE y la imagen SubUTE para estudios de células, el trabajo futuro tendrá que investigar la distribución de Mn dentro de las células, cómo la distribución varía con los diferentes tipos de células, y el efecto sobre
r
2 y
r
2 * de concentración variable y distribución Mn.
Aparte de los beneficios de proporcionar contraste positivo y mayor sensibilidad en determinadas circunstancias, tal vez la ventaja más práctica de SubUTE in vivo es la supresión de fondo , que elimina eficazmente la necesidad de una imagen de pre-contraste para. La convención de restar una imagen de línea de base pre-contraste de la imagen con contraste es engorroso, pero se hace para localizar específicamente a las zonas de acumulación de agente de contraste. Sin embargo, la línea de base a menudo no puede ser perfectamente co-registrado, ya sea por el movimiento del paciente o porque la inyección de contraste se realizó días antes. Con el método SubUTE, sólo una secuencia se ejecuta y el material de contraste se puede localizar dondequiera que se ha movido en el cuerpo y en cualquier momento, incluso días después de la inyección de contraste.
El uso de Mn ha cobrado un renovado interés, un agente de contraste MRI, debido al potencial de deriva fisiológica detallada, bioquímicos, y la información biológica molecular [3]. En este estudio, hemos presentado una nueva aplicación para mejorar la Mn-RM: la evaluación de la agresividad de las células cancerosas. Nuestros resultados demuestran que nuestro nuevo concepto de la utilización de Mn para determinar la agresividad del cáncer de mama es factible y que la mejor distinción de agresivo frente a las células menos agresivos se consigue utilizando SubUTE. Los estudios futuros implicarán el desarrollo de la metodología propuesta en vivo, donde las dosis seguras de contraste y las diferencias en el entorno celular (por ejemplo, la densidad celular) y la desviación de capacidades de relajación desde el escenario vitro en-deben tenerse en cuenta en la optimización de UTE y la imagen SubUTE. Más allá del valor demostrado de UTE para el cáncer de imagen, es nuestra esperanza de que con la UTE como una nueva capacidad de imagen para la detección más sensible y específica de Mn, muchas más aplicaciones asociadas con una mayor-Mn resonancia magnética serán explorados y desarrollados para caracterizar los sistemas biológicos.
Conclusiones
En este estudio, hemos introducido una nueva aplicación de UTE y de imagen para mejorar la SubUTE Mn-RM. Aunque Mn es de por sí un contraste positivo
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1 agente, UTE y SubUTE mejorar la sensibilidad de detección del exceso SPGR convencional, y permiten sostenido y la mejora de contraste positivo lineal en un amplio rango de concentraciones de Mn, incluso a altas concentraciones donde la señal normalmente Meseta o disminuir. La secuencia SubUTE proporciona especificidad adicional de la acumulación de Mn mediante la eliminación de tejido de fondo e incluso aumento de la sensibilidad en determinadas circunstancias, por lo general mediante la combinación antagónica
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1 y
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2 * efectos. la localización en contraste SubUTE no requiere un pre-contraste de la imagen de referencia, lo cual es una ventaja significativa en cualquier examen con contraste.
Reconocimientos
gracias Melanie S. Kotys-Traughber de Philips Healthcare , Cleveland, Ohio, EE.UU., para la implementación de la secuencia de UTE.